EP3597469B1 - Verfahren und vorrichtungen zum laden zumindest eines energiespeichers eines schienenfahrzeugs - Google Patents

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EP3597469B1
EP3597469B1 EP19186443.8A EP19186443A EP3597469B1 EP 3597469 B1 EP3597469 B1 EP 3597469B1 EP 19186443 A EP19186443 A EP 19186443A EP 3597469 B1 EP3597469 B1 EP 3597469B1
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charging
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current
charge
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Andreas Schaefer-Enkeler
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Siemens Mobility GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the charging of at least one energy store of a rail vehicle, an arrangement and track-side or vehicle-side devices with means for carrying out the method, and a rail vehicle with such a vehicle-side device.
  • Electrically powered rail vehicles in particular multiple units, suburban trains, trams or locomotives, are traditionally supplied with electrical energy by means of overhead lines or power rails arranged along the rail network.
  • an electrical energy storage device in particular a drive battery or a combination of a drive battery and high-performance capacitors.
  • the possible capacity of such electrical energy storage devices is limited due to the installation space required for accommodation in the rail vehicle and the additional weight load. The limited capacity means that it is necessary to charge the energy store during normal driving of the rail vehicle.
  • the period during which the rail vehicle stops at a stop can be used for a charging process in order to avoid a possible extension of the travel time for passengers due to additional delays caused by the charging process.
  • a suitable charging infrastructure in particular a charging device for charging the energy store of the rail vehicle, can be arranged in the area of the stop.
  • the charging of an energy store of a vehicle, in particular a rail vehicle, by means of a charging station is known.
  • position detection means the local position of the vehicle is recorded and, in particular, entry into the charging station and subsequent exit from the charging station is determined.
  • an electrical connection between a pantograph of the vehicle and an overhead line or busbar fed by an energy source is established and disconnected again.
  • the voltages of the energy store and the energy source are brought closer together before the connection is established so that a current flow is reduced, and before the connection is disconnected, the current flow between the energy store and the energy source is influenced in such a way that no or only a small current flows during disconnection.
  • a switch can be provided which switches the energy source of the charging station on and off depending on the position of the vehicle, the position being detected by a stationary sensor.
  • the object of the present invention is to enable an energy store in a rail vehicle to be charged with less effort than the known methods. This object is achieved by the method, the arrangement, devices and the rail vehicle according to the features of the independent patent claims. Further developments are described in the respective dependent claims.
  • a method for controlling a process for charging at least one energy store of a rail vehicle is proposed.
  • the energy store is used to supply a drive of the rail vehicle with electrical energy and the energy store is charged by means of an electrical conductor arranged in a limited area of a route section of a rail network.
  • a charging voltage can be applied to the conductor by a trackside charging device, otherwise a low voltage is applied to the conductor.
  • At least one current collector connected to the vehicle-mounted charging device is connected to the electrical conductor. After the vehicle-mounted charging device has recognized that the low voltage is present on the conductor, an electrical load is switched to the current collector.
  • the trackside charging device After the trackside charging device has recognized that a load current is flowing in the conductor, the application of the extra-low voltage is ended and the charging voltage is applied to the conductor. Finally, after the vehicle-side charging device recognizes that the low voltage is no longer applied to the conductor, the electrical load is separated from the current collector, and after the vehicle-mounted charging device recognizes that the charging voltage is applied to the conductor, a charge controller electrically connected to the energy store the vehicle-side charging device is electrically connected to the pantograph.
  • the method according to the invention is based on simple communication between the vehicle-side and the track-side charging device by means of voltages and currents using the track-side conductor used to supply the charging current.
  • it is advantageously ensured in particular that the usually high charging voltage is only applied to the conductor when the current collector of the rail vehicle is electrically connected to the conductor.
  • This avoids possible electrical flashovers and on the other hand provides protection for people and animals, since the charging voltage is only applied when the rail vehicle is in the Area of the conductor, otherwise a low voltage that is safe for people is present.
  • the rail vehicle is designed in particular as a multiple unit for local and / or long-distance traffic for passenger transport.
  • the advantages of the method according to the invention are offered in the same way to other types of vehicles, in particular trams, underground trains, locomotives or other types of rail vehicles.
  • the electrical energy store of the rail vehicle is designed, for example, as a so-called traction battery.
  • a configuration of the energy store as one or more supercapacitors, in particular in combination with battery cells, is however conceivable in the same way.
  • the capacity of the energy store is dimensioned in such a way that the drive of the rail vehicle is supplied with electrical energy over a certain route.
  • the energy store feeds, if necessary via a DC / DC converter as an up or down converter, for example an intermediate circuit of a converter with direct current.
  • a traction inverter fed from the intermediate circuit generates alternating voltages from this, which are defined according to the desired speeds and torques of the electric drive motors.
  • the charge controller of the vehicle-side charging device can also be connected to the intermediate circuit of the converter and charge the energy store or the traction battery via this, wherein the charge controller can alternatively also be connected directly to the energy store. If the charge regulator is arranged electrically between the intermediate circuit and the energy store, it can also take over the function of the DC voltage converter or, conversely, the DC voltage converter can take over the function of the charge regulator.
  • the energy store can also be used to supply so-called auxiliary systems of the rail vehicle, in particular air conditioning systems for cooling and heating passenger compartments, these also being fed in a known manner from the intermediate circuit of the converter or directly from the energy store, in particular via an auxiliary converter can be. If the charging current is fed into the intermediate circuit and both the charge controller and the auxiliaries are fed from this intermediate circuit, the auxiliaries can be supplied with the charging current during the charging process.
  • route-side charging devices and associated electrical conductors are to be provided that allow the energy store to be charged with a sufficient amount of electrical energy for a further journey on the next route section or section. up to the next charging device.
  • stops are suitable for this, in particular terminal and intermediate stops at which the rail vehicle comes to a standstill for a period of time in order to enable passengers to get on and off. This period of time can be used to charge the energy store, which avoids a possible extension of the travel time due to an additional stay at special charging points required for the charging process.
  • the length of the conductor connected to the loading device largely corresponds, for example, to the length of a platform of the stop, although the conductor can also extend beyond this on one or both sides.
  • the length of the conductor should be such that the current collector of the rail vehicle can safely establish an electrical connection with the conductor when it stops at the stop, without the rail vehicle having to be specially positioned along the platform for this purpose.
  • the electrical conductor can in particular be designed as a conductor rail, as is used in a known manner for supplying rail vehicles with electrical energy.
  • a conductor rail is usually arranged in the track bed between the rails on which the rail vehicle is supported, or laterally next to the track, in particular near the ground.
  • an arrangement in or near the track bed harbors the potential danger for people and animals from touching the conductor rail.
  • a low voltage is applied to the electrical conductor outside the period of a charging process.
  • PELV Protective Extra Low Voltage
  • the electrical conductor is arranged to the side of the rails, it should preferably be arranged on the side of the rail vehicle facing away from the boarding area for passengers in order to avoid the potential risk of the electrical conductor touching the then applied charging voltage, for example a 400V AC voltage or 600V DC voltage to be further reduced by passengers.
  • the vehicle-mounted current collector can be configured according to known current collectors, such as those used for making contact with the aforementioned busbars. These usually have a sanding shoe, which the busbar is coated on the side, from above or below, thus establishing an electrical connection.
  • the electrical conductor and the current collector can be arranged in the rail area or on the vehicle in such a way that when the rail vehicle enters the area of the route section in which the conductor is located, a mechanical and thus electrical contact is automatically established and when the rail vehicle leaves the vehicle Area or is separated again when the end of the conductor is reached. Alternatively, the contact is only made when the vehicle is at a standstill, for example, and this can be done automatically or manually controlled by the vehicle driver. Any necessary movement of the current collector or the sliding shoe in the direction of the conductor or away from the conductor can take place, for example, by means of a known electrical, pneumatic or hydraulic actuator.
  • the vehicle-side charging device has, for example, a known voltage sensor, by means of which the presence of the low voltage on the conductor can be detected. After the low voltage has been detected, the vehicle-side charging device according to the invention applies a load to the pantograph.
  • This load can be designed, for example, as a resistor of a certain size with an upstream power semiconductor for regulating the flow of current.
  • the connection of the load causes a certain load current to flow in the conductor, which can be recognized or detected, for example, by means of a known current sensor in the trackside charging device. The recognition or detection of this flowing load current has the effect in the trackside charging device that the application of the extra-low voltage to the conductor is ended.
  • the fact that the low voltage is no longer applied to the conductor is in turn recognized by the voltage sensor of the vehicle-side charging device and the load connected to the current collector is disconnected or switched off, in particular to avoid possible damage to the electronic To prevent components when the charging voltage is subsequently applied.
  • the higher charging voltage subsequently applied to the conductor is detected by means of the voltage sensor of the vehicle-side charging device and the current collector is finally electrically connected to the charge controller, either directly or via the intermediate circuit described above, whereupon charging current can flow and the energy storage device of the rail vehicle can be charged.
  • the inventive step of switching on a certain load by the vehicle-side charging device ensures that a subsequent connection of the charging voltage only takes place if a certain load current is detected by the track-side charging device, while a current flow, for example due to a person or a person touching the conductor Animal does not lead to an activation of the charging voltage.
  • the flow of the charging current is reduced by means of the charge regulator below a predetermined threshold value or the charge regulator is disconnected from the pantograph.
  • the charge regulator After the energy store has been sufficiently charged or after a period of time provided for charging has elapsed, the charge regulator reduces the charging current flowing in such a way that it falls below a predetermined threshold value.
  • the charge controller can be disconnected from the pantograph in order to completely stop the flow of charging current. If the charge regulator is connected directly to the pantograph, such a separation can be done by opening a correspondingly dimensioned switch, which can also switch under load. If, as described above by way of example, both the charge controller and the charge current are included are connected to the intermediate circuit, the current collector should be separated from the intermediate circuit in order to prevent the charging current from flowing into the auxiliary systems, for example. This can also be done using a switch that can be switched under load and is appropriately dimensioned.
  • the current collector is electrically connected to the conductor when the rail vehicle drives into the area of the route section in which the conductor is arranged and / or the electrical connection of the current collector to the conductor when the rail vehicle moves out of the Area of the route section separated.
  • the time available for charging the energy store can advantageously be extended and thereby, for example, the amount of storable electrical energy can be increased.
  • this energy can also be used for a start-up process in which currents that are heavily stressing the energy store usually flow.
  • auxiliary operations of the rail vehicle are also supplied from the intermediate circuit, they can be fed in the same way for a longer period of time from the charging current, which also leads to a lower load on the energy store.
  • the application of the low voltage by the trackside charging device is only ended when all pantographs used for the charging process are electrically connected to the conductor.
  • the rail vehicle has, for example, several pantographs if it has several drives, in particular a multiple traction.
  • a respective drive can be arranged in the end car, the energy stores of which are charged separately from one another via a respective pantograph and charging devices on the vehicle.
  • the rail vehicle can also be made up of two to form one traction unit There are coupled multiple units, each with one or more drives and energy storage devices.
  • the charging voltage is only applied to the conductor when all current collectors used for a charging process are connected to the conductor can be ensured, for example, that the electrical load is only switched to the current collector when all current collectors are electrically connected to the conductor .
  • the steps according to the invention described above could otherwise be carried out after an electrical connection of a first current collector to the conductor and in the application of the charging voltage result from the trackside loading device.
  • a pantograph that is only then electrically connected to the conductor, for example a subsequent wagon or a coupled multiple unit, would in this case hit the potential of the charging voltage directly and cause a possible flashover.
  • information relating to an identification of the rail vehicle, a number of pantographs used for the charging process and / or an electrical connection of the pantograph or collectors to the conductor is signaled to the trackside charging device by the vehicle-side charging device.
  • the rail vehicle has several pantographs
  • a signaling on the one hand the number of pantographs to be connected for a charging process, on the other hand the status of the respective connection of the pantographs to the conductor enables the charging voltage to be applied by the trackside charging device only when all are required for the charging process intended pantograph are connected to the conductor.
  • the number of pantographs can also be implicitly signaled to the trackside loading device via identification information of the rail vehicle, in particular a unique identification number of the rail vehicle and / or the rail vehicle type, if this is, for example, a database with further information on a respective rail vehicle or rail vehicle type.
  • the signaling is carried out, for example, by one of the charging devices, preferably from the charging device, whose pantograph is first electrically connected to the conductor.
  • This advantageously ensures that the information about the number of pantographs and, if applicable, their respective status is available to the trackside charging device as early as possible and thus the risk that it will already apply a charging voltage to the conductor before all pantographs intended for the charging process are connected to the conductor are reduced.
  • the respective status of the current collectors can alternatively also be signaled by the respective vehicle-side charging devices or, if an electrical load is switched to each of the current collectors, it can be recognized by the track-side charging device on the basis of the current flowing.
  • Information can also be signaled to the vehicle-side charging device by the track-side charging device, for example with regard to an identification of the track-side charging device and / or a length of the conductor, the latter information in turn being implicitly assigned to the identification information if a database with further information is available in the vehicle-side charging device to the trackside Loading devices is held. Knowing the length of the conductor can in particular serve to reduce the charging current in good time before reaching the end of the conductor when using the charging current for the start-up process or to disconnect the charge controller from the pantograph so that the low voltage can be applied to the conductor by the trackside To effect charging device before the connection in particular of the first pantograph in the direction of travel is separated from the conductor.
  • the information is signaled line-based via the conductor.
  • the conductor serving the electrical connection of the trackside charging device to the vehicle side charging device is also used as a medium for transmitting, in particular, the information mentioned in the above development, so that this information does not need to be transmitted, for example, via a separate radio interface.
  • the signaling via the conductor can take place in accordance with line-based communication protocols, in particular known protocols for so-called powerline communication. Such protocols also allow separate signaling by a plurality of vehicle-mounted charging devices, with signal separation being able to take place, for example, via time and / or frequency modulation.
  • an arrangement for controlling a process for charging at least one energy store of a rail vehicle, the energy store serving to supply a drive of the rail vehicle with electrical energy is proposed.
  • the arrangement has a track-side charging device which is connected to an electrical conductor arranged in a limited area of a track section of a rail network is, and a vehicle-side charging device which is connected to the energy store and at least one current collector for connecting to the electrical conductor on.
  • a control device of the trackside charging device is designed to alternatively apply a charging voltage or a low voltage to the electrical conductor
  • a control device of the vehicle-side charging device is designed to detect the presence of a low voltage on the conductor and an electrical load on the pantograph to switch
  • the control device of the trackside charging device is further configured to detect a flow of a load current in the conductor, to terminate the application of the extra-low voltage and to apply the charging voltage to the electrical conductor
  • the control device of the vehicle-side charging device is also configured to do so to recognize the presence of the charging voltage on the conductor, to disconnect the electrical load from the current collector and to electrically connect a charge controller, which is electrically connected to the energy store, to the current collector.
  • the vehicle-side charging device in order to control the termination of the charging process, is also designed to reduce the flow of the charging current by means of the charge controller below a predetermined threshold value or to disconnect the electrical connection between the charge controller and the current collector, and the trackside charging device also to this end designed to recognize that a charging current below the threshold value or no more charging current flows in the conductor, and to apply the low voltage to the conductor again.
  • the vehicle-mounted charging device can additionally control a separation of the electrical connection between the current collector and the conductor after detection of the presence of the extra-low voltage on the conductor.
  • the vehicle-side loading device is also designed to the To electrically connect the current collector to the conductor when the rail vehicle enters the area of the route section, and / or to disconnect the electrical connection of the current collector to the conductor when the rail vehicle moves out of the area of the route section.
  • the trackside charging device in order to control the start of the charging process, provided the rail vehicle has a plurality of pantographs, the trackside charging device is also designed to end the application of the low voltage only when all pantographs used for the charging process are connected to the conductor , or the vehicle-mounted charging device is designed to switch the electrical load to at least one of the current collectors only when all current collectors used for the charging process are connected to the conductor.
  • the vehicle-side charging device is also designed to signal information relating to an identification of the rail vehicle, a number of current collectors used for the charging process and / or an electrical connection of the current collector or collectors to the conductor to the track-side charging device.
  • the vehicle-side charging device and the track-side charging device are each configured to signal or receive the information via the conductor.
  • a third aspect of the invention relates to a charging device in a rail vehicle, which is connected to at least one energy store for supplying a drive of the rail vehicle and, via a pantograph, to one arranged in a limited area of a route section of a rail network electrical conductor is connectable.
  • the vehicle-side charging device has a control device for controlling the start of a charging process for charging the energy store, the control device being designed to detect the presence of a low voltage on the conductor, after detecting the presence of the low voltage, to switch an electrical load to the pantograph Detecting the presence of a charging voltage on the conductor and, after detecting the charging voltage, disconnecting the electrical load from the pantograph and electrically connecting a charge controller electrically connected to the energy store to the pantograph.
  • control device is also designed to control the termination of the charging process, to reduce the flow of the charging current by means of the charge controller below a predetermined threshold value, to disconnect the electrical connection of the charge controller to the pantograph and, after recognizing that a low voltage is present again the conductor is applied to disconnect the electrical connection of the pantograph with the conductor.
  • a rail vehicle has at least one electric drive, an energy store for supplying the drive with electrical energy, a current collector for connection to an electrical conductor arranged on the track side and a vehicle-side charging device according to the third aspect of the invention.
  • Such a rail vehicle can in particular be designed as a multiple unit, a locomotive, a tram, an underground train or some other known rail vehicle for local and long-distance traffic.
  • a fifth aspect of the invention relates to a loading device on a rail network, which is equipped with an in a limited area of a route section of the rail network arranged electrical conductor is connected and a charging voltage and otherwise a low voltage is applied to the conductor during a charging process.
  • the trackside charging device has a control device for controlling the start of the charging process for charging at least one energy store of a rail vehicle via the conductor, the control device being designed to detect a flow of a load current in the conductor and, after the flow of the load current has been detected, the application of the low voltage to finish and apply the charging voltage to the conductor.
  • control device is also designed to control the termination of the charging process, after recognizing that a load current below a predetermined threshold value or no more charging current is flowing in the conductor, the low voltage is applied to the conductor again.
  • FIG 1 shows schematically a rail vehicle, which is designed as a multiple unit TZ by way of example.
  • Multiple units usually consist of two end cars EW and one or more intermediate cars MW arranged between them.
  • Both end cars EW and intermediate cars MW each have a car body WK which is supported on a track GL of a rail network via chassis, in particular bogies.
  • the EW end car has two TDG motor bogies, while the intermediate car has two LDG trailer bogies.
  • Drive bogies TDG differ from running bogies LDG in particular in that one or more axles of the bogie are driven by electric drive or traction motors and thus ensure that the rail vehicle is propelled.
  • Other known arrangements or configurations of the chassis can be used in the same way.
  • the exemplary end car EW of the multiple unit TZ has, in addition to the aforementioned TDG motor bogies including traction motors, other components for driving the vehicle. These components include a converter SR with a traction inverter WR fed by a DC voltage intermediate circuit ZK, which controls the respective speeds and torques of the traction motors in the drive bogies TDG.
  • the DC voltage intermediate circuit ZK is in the example of FIG 1 again fed with electrical energy via a DC voltage converter GW from an electrical energy store, in particular a so-called traction battery TB.
  • the DC voltage converter GW is designed, for example, as a so-called step-up converter, which transfers the output voltage of the traction battery TB to a usually higher DC voltage of the intermediate circuit ZK.
  • the aforementioned components of the drive and other components of the multiple unit are controlled, for example, in a known manner via a central drive control AST.
  • FIG 2 shows examples of other components in the multiple unit TZ of FIG 1 as well as trackside components that are used to charge the traction battery TB.
  • a trackside charging device SLV is also connected to a trackside energy source EQ, from which it is supplied with electrical energy, in particular for the charging process, and to a conductor LT.
  • the conductor LT is designed, for example, as a known busbar and is arranged in the area of the track bed.
  • the ladder is arranged in the middle and raised in relation to the track, another arrangement of the ladder, in particular to the side of the track, is possible in the same way.
  • a vehicle-side charging device FLV is connected to the traction battery TB and a current collector SA, by means of which the vehicle-side charging device FLV can be electrically connected to the conductor LT.
  • the current collector SA is arranged on the end car in such a way that mechanical contact, for example a sliding shoe, with the conductor LT can be reliably established.
  • the height of the current collector SA if necessary, for example by means of a known, in the FIG 2 but not specifically shown, actuator can be varied.
  • Both the track-side SLV and the vehicle-side charging device FLV have a respective control device ST, each of which is described below Control components.
  • the control device ST of the vehicle-side charging device FLV can also be used as part of the FIG 1 said drive control AST be realized.
  • Such control devices are implemented in a known manner as electronic circuits with one or more processors and at least one data memory for storing control software and information required for controlling.
  • a low voltage device KS of the trackside charging device SLV applies a low voltage or a protective low voltage to the conductor LT.
  • the extra-low voltage device KS can, for example, be fed by the energy source EQ, but alternatively also be implemented as a battery with a downstream voltage converter, which in turn can be charged with electrical energy from the energy source EQ.
  • the low voltage generated by the low voltage device KS can be a direct or alternating voltage and, for example, have a constant voltage in a voltage range between 25V and 60V in accordance with the specifications for protective low voltages.
  • the extra-low voltage does not have to be permanently applied to the conductor LT, but is only applied when the multiple unit TZ approaches the area in which the conductor LT is arranged. This can be determined in a known manner by determining a current position of the multiple unit, for example when driving over a suitable sensor in the track bed which is arranged at a certain distance from the area.
  • the pantograph SA of the multiple unit TZ has established an electrical connection with the conductor LT, for example when entering the area and possibly controlled by the control device ST, the presence of the low voltage is detected by means of a voltage sensor SS in the vehicle-side charging device.
  • the control device ST controlled an electrical load L switched to the pantograph SA. This can be done, for example, by appropriately switching a changeover switch U of the vehicle-mounted charging device FLV.
  • the connected load L for example a resistor with a certain resistance value and an upstream power semiconductor, leads to a regulated flow of current in the conductor LT.
  • This current flow is detected by means of a current sensor SS in the trackside charging device SLV, whereupon the application of the extra-low voltage by the extra-low voltage device KS is terminated in a controlled manner by the control device ST of the trackside charging device SLV.
  • the termination or disconnection of the extra-low voltage device KS from the conductor LT can take place, for example, by means of switching a changeover switch U of the trackside charging device SLV controlled by the control device ST.
  • a charging voltage provided by a charging voltage device LS is applied to the conductor LT.
  • the charging voltage device LS generates, for example controlled by the control device ST, the charging voltage from the supply voltage provided by the energy source EQ.
  • the charging voltage device LS is to be selected or controlled accordingly as a function of the supply voltage provided and the desired charging voltage. If both the supply voltage and the charging voltage are AC voltages, an AC voltage converter, for example, can be used as the charging voltage device LS, which converts the supply voltage to the desired voltage level of the charging voltage. If, on the other hand, a direct voltage is used as the charging voltage, a rectifier, for example, can be used as the charging voltage device LS can be used, which converts AC to DC voltage as well as providing the desired voltage level of the charging voltage.
  • the presence of the charging voltage on the conductor LT is detected by the vehicle-side charging device FLV by means of the voltage sensor SS, whereupon the electrical load L is separated from the pantograph SA and a charge controller LR is connected to the pantograph SA.
  • This can, in turn, controlled by the control device ST, take place by means of a corresponding switching of the changeover switch U.
  • the charge regulator LR regulates, in particular controlled by the control device ST, as a function of a current state of charge and possibly other parameters of the traction battery TB that influence the charging process, the battery charge voltage and the charge current.
  • the charge controller LR is directly connected to the traction battery TB as part of the vehicle-side charging device FLV. This can use the same electrical connections of the traction battery TB as the electrical connection to the DC voltage converter GW according to the example of FIG FIG 1 to serve.
  • the charge regulator LR and its arrangement with respect to other components of the converter SR are also possible. If the charging voltage is a DC voltage and corresponds to the voltage level of the DC voltage intermediate circuit ZK, the charging voltage can also be applied to the intermediate circuit ZK and the DC voltage converter GW can perform the function of the charge controller LR.
  • the charging voltage can be converted to the voltage level of the intermediate circuit, for example by means of an additional DC voltage converter or rectifier, and the DC voltage converter GW can also perform the function of the charge controller LR.
  • the charge regulator LR If it is determined by the charge regulator LR or by the control device ST that the traction battery TB has been sufficiently charged or a period of time available for charging has expired, the charge regulator LR is disconnected from the pantograph SA, so that no more charging current is fed into the charge regulator LR or flows into the intermediate circuit ZK. This separation can in turn take place in a controlled manner by the control device ST by means of a corresponding switching of the switch U.
  • the trackside charging device SLV detects that no more charging current is flowing by means of the current sensor SS, whereupon the application of the charging voltage, controlled by the control device ST of the trackside charging device SLV, ends and the low voltage of the low voltage device KS is applied to the conductor again.
  • the application of the charging voltage is terminated, for example, by separating the charging voltage device LS from the conductor LT, and reapplying the low voltage by connecting the low voltage device KS to the conductor LT.
  • This disconnection and connection can take place, again controlled by the control device ST, by means of a corresponding switching of the changeover switch U in the trackside loading device SLV.
  • the reappearance of the low voltage on the conductor LT is detected by the vehicle-side charging device FLV by means of the voltage sensor SS.
  • the control device ST is thus aware that the current collector SA can be separated from the conductor LT without risk and controls, if present, an actuator of the current collector SA, for example, which mechanically detaches the current collector SA from the conductor LT and creates a sufficient distance. If the pantograph SA automatically makes contact with the conductor LT and disconnects it again, in particular when driving into and out of the area of a route or track section in which the conductor LT is arranged, the control device ST thereby provides also ensure that no flashover can occur due to a voltage potential of the charging voltage that is still present.
  • the multiple unit TZ can also have several pantographs SA. This can be the case, for example, in the case of a multiple traction with respective drive components and a respective traction battery TB in each of the two end cars.
  • the vehicle and trackside charging devices FLV, SLV preferably have a respective communication device KOM.
  • information that enables the multiple unit or the multiple unit type to be identified can be signaled from the communication device KOM of the vehicle-side charging devices FLV to the communication device KOM of the track-side charging device SLV.
  • the information is transmitted, for example, via the conductor LT using known communication protocols, in particular protocols of so-called powerline communication.
  • the control device ST of the trackside loading device SLV can derive, for example, a number of pantographs SA of the multiple unit TZ if this is clearly assigned to the identity of the multiple unit or the multiple unit type and is stored in a memory device of the control device ST.
  • a knowledge of the number of current collectors SA is particularly important for the control device ST in order to control the application of the charging voltage to the conductor LT only when all current collectors SA are electrically connected to it.
  • the number of pantographs used for the beginning of the charging process can also be signaled, especially if this does not correspond to the total number of pantographs SA of the multiple unit TZ. This case can occur, for example, if only one of two traction batteries TB are to be charged, so that only their pantograph SA with the conductor LT is electrically connected.
  • a signaling of the status of the electrical connection of the respective pantograph SA with the conductor LT is also useful so that the control device ST in the trackside charging device SLV knows at the earliest possible point in time that all pantographs SA used are electrically connected to the conductor LT to apply the charging voltage to the conductor LT.
  • communication between the charging devices FLV, SLV or their control devices ST can also be radio-based.
  • the control devices ST in the charging devices FLV, SLV must have a corresponding radio interface or be connected to one.
  • Possible communication protocols for such radio-based communication are, for example, protocols based on the known IEEE 802.11 or GSM-R standards.
  • FIG 3 represents an example of a route section of a rail network in which a track-side loading device SLV and a ladder LT are arranged in the area of a stop HS.
  • the stops HS are used in a known manner for boarding and disembarking passengers in and out of the multiple unit TZ shown as an example.
  • the ladder LT is arranged in the area of the track bed of the tracks GL.
  • the ladder LT extends, for example, on both sides over the length of the stop HS, in particular over the length of the platform of the stop, on the one hand to extend the time that can be used for charging the traction battery of the multiple unit TZ and on the other hand to increase the energy supply through the ladder for the start-up process of the multiple unit TZ.
  • the traction battery of the multiple unit TZ is supplied with at least as much electrical energy via the conductor LT that the multiple unit TZ can then travel in the direction of travel FR to a next stop HS, at which the traction battery can be recharged, sufficient electrical energy is available for the drive and, if necessary, the auxiliary services of the multiple unit.
  • FIG 4 shows an example of a time sequence of the loading process of a multiple unit TZ in the area of a stop HS.
  • the multiple unit TZ consists, for example, of two end cars, only the first end car in the direction of travel FR having a drive and a pantograph.
  • the current collector is arranged on the first end car in such a way that its grinding shoe automatically makes mechanical contact with the conductor LT and thus electrically connects the vehicle-side charging device to the conductor LT and the track-side charging device SLV.
  • the multiple unit TZ drives into the area of the HS stop and the pantograph of the front end car makes contact with the LT conductor.
  • the method proceeds as described above and a charging current is applied to the conductor LT from the trackside charging device. If this process runs sufficiently quickly, the traction battery of the multiple unit TZ can be charged by means of the charging current while it is entering and until the multiple unit TZ stops at the stop.
  • the second representation of the FIG 4 shows the situation when the multiple unit stops at the stop, for example to enable passengers to get on and off. During the stop, the traction battery of the multiple unit continues to be charged via the ladder from the trackside charging device.
  • the multiple unit starts up again and leaves the area of the stop accelerating. The charging current is still applied to the conductor and is used to drive the multiple unit.
  • the application of the charging current must be terminated in accordance with the above description in order to avoid a possible flashover at the moment when the mechanical contact between the conductor and the collector shoe of the current collector is to be avoided.
  • the charging process at the stop is ended.
  • the pantograph is separated from the conductor and the further acceleration and travel of the multiple unit takes place by feeding the drive through the traction battery until it can be recharged at the next stop.
  • FIG 5 shows a different time sequence of a charging process.
  • the multiple unit TZ in this case, for example, consists of two end cars and two intermediate cars arranged between them.
  • the two end cars each have a drive with a traction battery and a pantograph.
  • two of the in FIG 4 multiple units shown be coupled to form a train unit.
  • the pantographs of the end cars do not make automatic mechanical and thus electrical contact with the conductor, but are brought into contact with the conductor in the area of the route in which the conductor is arranged, for example controlled by the vehicle-mounted charging device or manually by the vehicle driver .
  • Information about this area is signaled to the multiple unit, for example by a beacon arranged on the track side, the transmissions of which are received by a correspondingly compatible receiver on the multiple unit.
  • the start of the conductor is signaled to the multiple unit, for example by transmitting precise location coordinates or a distance from the location of the beacon. Knowing the beginning of the conductor, the current collector or a device that mechanically moves the current collector can be controlled accordingly, so that it makes mechanical contact with the conductor on which a low voltage is applied, as shown in the first illustration of FIG FIG 5 is shown.
  • the vehicle-side charging device in the front end car in the direction of travel FR does not yet apply an electrical load to the pantograph, but waits until the second pantograph in the rear end car with the conductor is also electrically connected as it was the second representation of the FIG 5 shows.
  • the connection of an electrical load leads to the application of the charging voltage to the conductor by the trackside charging device SLV, so that the traction batteries can be charged in the end car.
  • the charging of the traction batteries continues during the stop of the multiple unit at the stop, as shown in the third illustration of the FIG 5 is shown, continued or until the traction batteries are completely filled again or with at least enough electrical energy that the multiple unit can continue to travel until the next charging opportunity.
  • the multiple unit starts up again and leaves the stop area accelerating and using the charging current for the start-up process. Knowing the end of the conductor, the two loading devices in the end car are disconnected from their respective pantographs before the pantograph of the front end car reaches the end of the conductor.
  • the trackside charging device applies the low voltage to the conductor again and the current collectors of the vehicle-side charging devices can be mechanically and electrically separated from the conductor without the risk of a rollover.
  • the front end car and the first intermediate car have already left the area of the ladder and the pantograph of the rear end car is already mechanically separated from the ladder.
  • the drives of the two end cars are fed solely from the respective traction battery.
  • the time for driving in and out of the area of the stop can be used less for charging the traction batteries and for starting off than in the example of the due to the pantographs at the two ends of the multiple unit FIG 4 , since the charging voltage can only be applied as described after the conductor has been contacted by the rearmost pantograph in the direction of travel and the low voltage can be applied again before the foremost pantograph is disconnected from the conductor.
  • this time could be increased by increasing the length of the ladder in front of and behind the stop area. For these areas, however, it must be ensured that they are protected from possible contact with people while the charging voltage is applied.
  • the time could also be lengthened by a different arrangement of the pantographs on the multiple unit, for example by arranging the pantographs under the intermediate car, whereby the distance between them is reduced, or by using only one pantograph, for example in the front end car, which has both Loading devices in the end car is connected.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Ladens zumindest eines Energiespeichers eines Schienenfahrzeugs, eine Anordnung und strecken- bzw. fahrzeugseitige Vorrichtungen mit Mitteln zur Durchführung des Verfahrens sowie ein Schienenfahrzeug mit einer solchen fahrzeugseitigen Vorrichtung.
  • Elektrisch angetriebene Schienenfahrzeuge, insbesondere Triebzüge, Vorortzüge, Straßenbahnen oder Lokomotiven, werden traditionell mittels entlang des Schienennetzes angeordneter Oberleitungen oder Stromschienen mit elektrischer Energie versorgt. Um einen Betrieb solcher Schienenfahrzeuge auch in einem nicht oder nicht vollständig elektrifizierten Schienennetz, insbesondere zur Überbrückung der so genannten letzten Meile, zu ermöglichen, werden diese zunehmend mit einem elektrischen Energiespeicher, insbesondere einer Antriebsbatterie oder einer Kombination aus einer Antriebsbatterie und Hochleistungskondensatoren, ausgerüstet. Die mögliche Kapazität solcher elektrischer Energiespeicher ist aufgrund des für die Unterbringung erforderlichen Einbauraums in dem Schienenfahrzeug und der zusätzlichen Gewichtsbelastung begrenzt. Die begrenzte Kapazität führt dazu, dass ein Laden des Energiespeichers während eines normalen Fahrbetriebs des Schienenfahrzeugs erforderlich ist. Bei Schienenfahrzeugen für den Personentransport kann beispielsweise der Zeitraum eines Halts des Schienenfahrzeugs an einer Haltestelle für einen Ladevorgang genutzt werden, um eine mögliche Verlängerung der Reisezeit für die Fahrgäste aufgrund durch den Ladevorgang bedingter zusätzlicher Verzögerungen zu vermeiden. Hierfür kann eine geeignete Ladeinfrastruktur, insbesondere eine Ladevorrichtung zum Laden des Energiespeichers des Schienenfahrzeugs im Bereich der Haltestelle angeordnet werden.
  • Aus der EP 2 576 277 B1 ist beispielsweise das Aufladen eines Energiespeichers eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, mittels einer Ladestation bekannt. Durch Einsatz von Positionserkennungsmitteln wird die örtliche Position des Fahrzeugs erfasst und dadurch insbesondere ein Einfahren in die Ladestation und ein nachfolgendes Verlassen der Ladestation festgestellt. Abhängig von dieser Feststellung wird eine elektrische Verbindung zwischen einem Stromabnehmer des Fahrzeugs und einer von einer Energiequelle gespeisten Oberleitung oder Stromschiene hergestellt und wieder getrennt. Zur Vermeidung hoher Ströme und Spannungen sowie insbesondere der Ausbildung eines Lichtbogens beim Herstellen und Trennen der elektrischen Verbindung zwischen dem Stromabnehmer des Fahrzeugs und der Oberleitung bzw. Stromschiene werden vor dem Herstellen der Verbindung die Spannungen des Energiespeichers und der Energiequelle derart einander angenähert, dass ein Stromfluss reduziert wird, sowie vor dem Trennen der Verbindung der Stromfluss zwischen dem Energiespeicher und der Energiequelle derart beeinflusst, dass beim Trennen kein oder nur ein geringer Strom fließt. Ferner kann ein Schalter vorgesehen werden, welcher die Energiequelle der Ladestation abhängig von der Position des Fahrzeugs ein- und ausschaltet, wobei die Position von einem ortsfesten Sensor erfasst wird.
  • Aus der EP2576277 ist beispielsweise bekannt, dass eine Spannungsdifferenz zwischen Energiequelle und Fahrzeug über einer Diode abfällt. Die Diode verhindert einen Stromfluss von dem Energiespeicher in Richtung Energiequelle.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gegenüber den bekannten Verfahren aufwandsgünstigeres Laden eines Energiespeichers in einem Schienenfahrzeug zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren, die Anordnung, Vorrichtungen sowie das Schienenfahrzeug gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildung sind in jeweiligen abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern eines Vorgangs zum Laden zumindest eines Energiespeichers eines Schienenfahrzeugs vorgeschlagen. Der Energiespeicher dient dabei einer Versorgung eines Antriebs des Schienenfahrzeugs mit elektrischer Energie und das Laden des Energiespeichers erfolgt mittels eines in einem begrenzten Bereich eines Streckenabschnitts eines Schienennetzes angeordneten elektrischen Leiters. Weiterhin ist von einer streckenseitigen Ladevorrichtung eine Ladespannung an den Leiter anlegbar, ansonsten wird eine Kleinspannung an den Leiter angelegt. Für ein Beginnen des Ladevorgangs wird zumindest ein mit der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung verbundener Stromabnehmer mit dem elektrischen Leiter verbunden. Nach Erkennen durch die fahrzeugseitige Ladevorrichtung, dass die Kleinspannung an dem Leiter anliegt, wird eine elektrische Last auf den Stromabnehmer geschaltet. Nach Erkennen durch die streckenseitigen Ladevorrichtung, dass ein Laststroms in dem Leiter fließt, wird das Anlegen der Kleinspannung beendet und die Ladespannung an den Leiter angelegt. Schließlich wird nach Erkennen durch die fahrzeugseitige Ladevorrichtung, dass die Kleinspannung nicht mehr an dem Leiter anliegt, die elektrische Last von dem Stromabnehmer getrennt, und nach Erkennen durch die fahrzeugseitige Ladevorrichtung, dass die Ladespannung an dem Leiter anliegt, ein mit dem Energiespeicher elektrisch verbundener Laderegler der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung mit dem Stromabnehmer elektrisch verbunden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf einer einfachen Kommunikation zwischen der fahrzeugseitigen und der streckenseitigen Ladevorrichtung mittels Spannungen und Strömen unter Nutzung des für die Speisung des Ladestroms verwendeten streckenseitigen Leiters. Dabei wird vorteilhaft insbesondere sichergestellt, dass die üblicherweise hohe Ladespannung erst an den Leiter angelegt wird, wenn der Stromabnehmer des Schienenfahrzeugs elektrisch mit dem Leiter verbunden ist. Hierdurch werden einerseits mögliche elektrische Überschläge vermieden, andererseits ein Schutz für Personen und Tiere verwirklicht, da ein Anlegen der Ladespannung erst erfolgt, wenn sich das Schienenfahrzeug im Bereich des Leiters befindet, ansonsten eine für Personen ungefährliche Kleinspannung anliegt.
  • Das Schienenfahrzeug ist insbesondere als ein Triebzug für den Nah- und/oder Fernverkehr für den Personentransport ausgestaltet. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bieten sich jedoch in gleicher Weise anderen Fahrzeugtypen, insbesondere Straßenbahnen, Untergrundbahnen, Lokomotiven oder andere Typen von Schienenfahrzeugen.
  • Der elektrische Energiespeicher des Schienenfahrzeugs ist beispielsweise als eine so genannte Traktionsbatterie ausgeführt. Eine Ausgestaltung des Energiespeichers als ein oder mehrere Superkondensatoren, insbesondere in Kombination mit Batteriezellen, ist jedoch in gleicher Weise denkbar. Die Kapazität des Energiespeichers ist dabei derart dimensioniert, dass eine Versorgung des Antriebs des Schienenfahrzeugs mit elektrischer Energie über eine bestimmte Fahrtstrecke gewährleistet ist. Der Energiespeicher speist, gegebenenfalls über einen Gleichspannungswandler als Aufwärts- oder Abwärtswandler, beispielsweise einen Zwischenkreis eines Stromrichters mit Gleichstrom. Ein aus dem Zwischenkreis gespeister Traktionswechselrichter generiert hieraus Wechselspannungen, welche entsprechend gewünschten Drehzahlen und Drehmomenten der elektrischen Antriebsmotoren definiert werden. Auch der Laderegler der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung kann mit dem Zwischenkreis des Stromrichters verbunden sein und über diesen den Energiespeicher bzw. die Traktionsbatterie laden, wobei der Laderegler alternativ auch mit dem Energiespeicher direkt verbunden sein kann. Sofern der Laderegler elektrisch zwischen dem Zwischenkreis und dem Energiespeicher angeordnet ist, kann dieser auch die Funktion des Gleichspannungswandlers bzw. umgekehrt der Gleichspannungswandler die Funktion des Ladereglers übernehmen.
  • Neben dem Antrieb kann der Energiespeicher auch einer Versorgung von so genannten Hilfsbetrieben des Schienenfahrzeugs, insbesondere Klimaanlagen zur Kühlung und Beheizung von Fahrgasträumen, dienen, wobei auch diese in bekannter Weise aus dem Zwischenkreis des Stromrichters oder direkt aus dem Energiespeicher, insbesondere über einen Hilfsbetriebeumrichter, gespeist werden können. Sofern der Ladestrom in den Zwischenkreis eingespeist wird und sowohl der Laderegler als auch Hilfsbetriebe aus diesem Zwischenkreis gespeist werden, ist die Versorgung der Hilfsbetriebe während des Ladevorgangs mittels des Ladestroms möglich.
  • Abhängig von der Kapazität des Energiespeichers und der Länge der von dem Schienenfahrzeug zu befahrenden Strecke bzw. jeweiligen Streckenabschnitte sind streckenseitige Ladevorrichtungen sowie damit verbundene elektrische Leiter vorzusehen, die ein Laden des Energiespeicher mit einer ausreichenden Menge elektrischer Energie für eine Weiterfahrt auf einem nächsten Streckenabschnitt bzw. bis zu einer nächsten Ladevorrichtung ermöglichen. Bei Schienenfahrzeugen für den Personentransport eignen sich hierfür Haltestellen, insbesondere End- sowie Zwischenhaltestellen, an denen das Schienenfahrzeug für einen Zeitraum zum Stillstand kommt, um Fahrgästen ein Ein- und Aussteigen zu ermöglichen. Dieser Zeitraum kann zum Laden des Energiespeichers genutzt werden, wodurch eine mögliche Verlängerung der Reisezeit aufgrund eines für den Ladevorgang erforderlichen zusätzlichen Aufenthalts an speziellen Ladestellen vermieden werden kann. Abhängig von der Kapazität des Energiespeichers und dem Energieverbrauch des Schienenfahrzeug kann es dabei ausreichend sein, nur an bestimmten Haltestellen streckenseitige Ladevorrichtungen vorzusehen.
  • Die Länge des mit der Ladevorrichtung verbundenen Leiters entspricht beispielsweise weitgehend der Länge eines Bahnsteiges der Haltestelle, wobei der Leiter jedoch auch ein- oder beidseitig über diesen hinausreichen kann. In jedem Fall sollte die Länge des Leiters derart bemessen sein, dass der Stromabnehmer des Schienenfahrzeugs bei einen Halt an der Haltestelle eine elektrische Verbindung mit dem Leiter sicher herstellen kann, ohne dass das Schienenfahrzeug hierfür speziell entlang des Bahnsteigs positioniert werden muss.
  • Der elektrische Leiter kann insbesondere als eine Stromschiene, wie sie in bekannter Weise für die Speisung von Schienenfahrzeugen mit elektrischer Energie eingesetzt wird, ausgestaltet sein. Eine solche Stromschiene ist üblicherweise im Gleisbett zwischen den Schienen, auf denen sich das Schienenfahrzeug abstützt, oder seitlich neben dem Gleis, insbesondere in Bodennähe, angeordnet. Im Unterschied zu einer bekannten Oberleitung, wie sie im einleitend beschriebenen Stand der Technik für den Ladevorgang zum Einsatz kommt, birgt eine Anordnung im oder nahe des Gleisbetts die potenzielle Gefahr für Mensch und Tier durch Berührung der Stromschiene. Um dieser Gefahr vorzubeugen, wird außerhalb des Zeitraums eines Ladevorgangs erfindungsgemäß eine Kleinspannung an den elektrischen Leiter angelegt. Bei Anlegen einer so genannten Schutzkleinspannung (engl. Protective Extra Low Voltage, PELV) ist aufgrund der verwendeten niedrigen Spannung, typischerweise weniger als 25V Wechselspannung bzw. 60V Gleichspannung, zudem kein spezieller Berührungsschutz erforderlich. Sofern der elektrische Leiter seitlich der Schienen angeordnet ist, sollte dieser vorzugsweise auf der dem Einstiegsbereich für Fahrgäste abgewandten Seite des Schienenfahrzeugs angeordnet sein, um während des Ladevorgangs die potenzielle Gefahr eines Berührens des elektrischen Leiters mit der dann anliegenden Ladespannung, beispielsweise einer 400V Wechselspannung oder 600V Gleichspannung, durch Fahrgäste weiter zu verringern.
  • Der fahrzeugseitige Stromabnehmer kann entsprechend bekannten Stromabnehmern, wie sie für die Kontaktierung mit vorstehend genannten Stromschienen eingesetzt werden, ausgestaltet sein. Diese weisen üblicherweise einen Schleifschuh auf, welcher die Stromschiene seitlich, von oben oder unten bestreicht und damit eine elektrische Verbindung herstellt. Der elektrische Leiter sowie der Stromabnehmer können derart im Schienenbereich bzw. am Fahrzeug angeordnet sein, dass bei Einfahren des Schienenfahrzeugs in den Bereich des Streckenabschnitts, in dem der Leiter angeordnet ist, ein mechanischer und damit elektrischer Kontakt automatisch hergestellt und bei Ausfahren des Schienenfahrzeugs aus dem Bereich bzw. bei Erreichen des Endes des Leiters wieder getrennt wird. Alternativ erfolgt die Kontaktierung beispielsweise auch erst bei einem Stillstand des Fahrzeugs, wobei dies automatisch oder manuell durch den Fahrzeugführer gesteuert erfolgen kann. Eine gegebenenfalls erforderliche Bewegung der Stromabnehmers bzw. des Schleifschuhs in Richtung des Leiters bzw. von dem Leiter weg kann dabei beispielweise mittels eines bekannten elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Aktuators erfolgen.
  • Die fahrzeugseitige Ladevorrichtung weist beispielsweise einen bekannten Spannungssensor auf, mittels dem das Anliegen der Kleinspannung an dem Leiter erkannt werden kann. Nach Erkennen der Kleinspannung schaltet die fahrzeugseitige Ladevorrichtung erfindungsgemäß eine Last auf den Stromabnehmer auf. Diese Last kann beispielsweise als ein Widerstand einer bestimmten Größe mit einem vorgeschalteten Leistungshalbleiter zur Regelung des Stromflusses ausgestaltet sein. Das Aufschalten der Last bewirkt das Fließen eines bestimmten Laststroms in dem Leiter, welcher beispielsweise mittels eines bekannten Stromsensors in der streckenseitigen Ladevorrichtung erkannt bzw. detektiert werden kann. Das Erkennen bzw. die Detektion dieses fließenden Laststroms bewirkt in der streckenseitigen Ladevorrichtung, dass das Anlegen der Kleinspannnung an dem Leiter beendet wird. Dass die Kleinspannung nicht mehr an dem Leiter anliegt, wird wiederum von dem Spannungssensor der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung erkannt und die auf den Stromabnehmer geschaltete Last getrennt bzw. abgeschaltet, um insbesondere einer möglichen Beschädigung der elektronischen Komponenten beim anschließenden Anlegen der Ladespannung vorzubeugen. Die nachfolgend an dem Leiter anliegende höhere Ladespannung wird mittels des Spannungssensors der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung erkannt und der Stromabnehmer schließlich mit dem Laderegler, sei es direkt oder über den vorstehend beschriebenen Zwischenkreis, elektrisch verbunden, woraufhin Ladestrom fließen und der Energiespeicher des Schienenfahrzeugs geladen werden kann.
  • Insbesondere der erfindungsgemäße Schritt des Aufschaltens einer bestimmten Last durch die fahrzeugseitige Ladevorrichtung stellt sicher, dass ein nachfolgendes Aufschalten der Ladespannung nur erfolgt, wenn ein bestimmter Laststrom von der streckenseitigen Ladevorrichtung erkannt wird, während ein Stromfluss beispielsweise aufgrund eines Berührens des Leiters durch eine Person oder ein Tier nicht zu einem Aufschalten der Ladespannung führt.
  • Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens wird für ein Beenden des Ladevorgangs der Fluss des Ladestroms mittels des Ladereglers unter einen vorgegebenen Schwellwert verringert oder der Laderegler von dem Stromabnehmer getrennt. Nach Erkennen durch die streckenseitige Ladevorrichtung, dass ein Ladestrom unterhalb des Schwellwertes oder kein Ladestrom mehr in dem Leiter fließt, wird die Kleinspannung wieder an den Leiter angelegt.
  • Nach ausreichender Ladung des Energiespeichers bzw. nach Ablauf eines für das Laden vorgesehenen Zeitraums reduziert der Laderegler den fließenden Ladestrom derart, dass dieser einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet. Alternativ kann der Laderegler von dem Stromabnehmer getrennt werden, um den Fluss des Ladestroms vollständig zu beenden. Wenn der Laderegler direkt mit dem Stromabnehmer verbunden ist, kann eine solche Trennung durch Öffnen eines entsprechend dimensionierten Schalters, welcher auch unter Last schalten kann, erfolgen. Sofern, wie vorstehend beispielhaft beschrieben, sowohl der Laderegler als auch der Ladestrom mit dem Zwischenkreis verbunden sind, sollte entsprechend der Stromabnehmer von dem Zwischenkreis getrennt werden, um ein mögliches Fließen des Ladestroms beispielsweise in die Hilfsbetriebe zu vermeiden. Dies kann ebenfalls über einen unter Last schaltbaren und entsprechend dimensionierten Schalter erfolgen. Die Tatsache, dass nur noch ein Laststrom unterhalb des Schwellwertes oder kein Ladestrom mehr fließt, wird von der streckenseitigen Ladevorrichtung mittels des Stromsensors erkannt, woraufhin das Anlegen der Ladespannung beendet und die Kleinspannung wieder an den Leiter angelegt wird. Das Anliegen der Kleinspannung wird wiederum von der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung mittels des Spannungssensors erkannt. Hieraus leitet die fahrzeugseitige Ladevorrichtung ab, dass eine Trennung der elektrischen Verbindung des Stromabnehmers mit dem Leiter ohne Gefahr eines Überschlags möglich ist. Der vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Schritt des Aufschaltens einer Last wird nach Erkennen der Kleinspannung anschließend nicht nochmals durchgeführt.
  • Gemäß einer weiteren Weiterbildung des Verfahrens wird der Stromabnehmer bei einem Einfahren des Schienenfahrzeugs in den Bereich des Streckenabschnitts, in dem der Leiter angeordnet ist, mit dem Leiter elektrisch verbunden und/oder die elektrische Verbindung des Stromabnehmers mit dem Leiter bei einem Ausfahren des Schienenfahrzeugs aus dem Bereich des Streckenabschnitts getrennt.
  • Durch Nutzung auch der Zeiten, in denen sich das Schienenfahrzeug bereits bzw. noch in dem Bereich befindet, in dem der Leiter angeordnet ist, jedoch noch in Bewegung ist bzw. wieder in Bewegung setzt, kann der verfügbare Zeitraum für das Laden des Energiespeichers vorteilhaft verlängert und dadurch beispielsweise die Menge speicherbarer elektrischer Energie erhöht werden. Weiterhin kann bei einer vorstehend beschriebenen beispielhaften Speisung des Ladestroms in den Zwischenkreis des Antriebs diese Energie auch für einen Anfahrvorgang genutzt werden, bei welchem üblicherweise den Energiespeicher stark belastende Ströme fließen. Sofern, wie vorstehend ebenfalls beschrieben, auch Hilfsbetriebe des Schienenfahrzeugs aus dem Zwischenkreis versorgt werden, können diese in gleicher Weise für einen längeren Zeitraum aus dem Ladestrom gespeist werden, was ebenfalls zu einer geringeren Belastung des Energiespeichers führt.
  • Insbesondere bei einer Nutzung des Ladestroms für den Anfahrvorgang des Schienenfahrzeugs muss sichergestellt werden, dass bei der Trennung des Stromabnehmers von dem Leiter, sei es aufgrund des Erreichens des Endes des Leiters oder gesteuert, keine Ladespannung an dem Leiter mehr anliegt, da ansonsten die Gefahr eines Überschlags besteht. Es ist daher erforderlich, seitens der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung den Ladestrom mittels des Ladereglers zu reduzieren oder die Trennung des Ladereglers von dem Stromabnehmer vor einer solchen Situation vorzunehmen, damit ausreichend Zeit für das Erkennen seitens der streckenseitigen Ladevorrichtung, dass kein Ladestrom mehr fließt, und das Wiederanlegen der Kleinspannung an dem Leiter verbleibt, bevor der Stromabnehmer von dem Leiter getrennt wird.
  • Gemäß einer weiteren Weiterbildung des Verfahrens wird für das Beginnen des Ladevorgangs, sofern das Schienenfahrzeug eine Mehrzahl Stromabnehmer aufweist, das Anlegen der Kleinspannung durch die streckenseitige Ladevorrichtung erst beendet, wenn alle für den Ladevorgang verwendeten Stromabnehmer mit dem Leiter elektrisch verbunden sind.
  • Das Schienenfahrzeug weist beispielsweise mehrere Stromabnehmer auf, wenn es über mehrere Antriebe, insbesondere eine Mehrfachtraktion, verfügt. Bei einem vorstehend beispielhaft genannten Triebzug kann beispielsweise ein jeweiliger Antrieb in den Endwagen angeordnet sein, deren Energiespeicher getrennt voneinander über einen jeweiligen Stromabnehmer und fahrzeugseitige Ladevorrichtungen geladen werden. Weiterhin kann das Schienenfahrzeug auch aus zwei zu einer Zugeinheit verkuppelten Triebzügen bestehen, wobei jeder einen oder mehrere Antriebe sowie Energiespeicher aufweist.
  • Dass die Ladespannung erst an den Leiter angelegt wird, wenn alle für einen Ladevorgang verwendeten Stromabnehmer mit dem Leiter verbunden sind, kann beispielsweise dadurch sichergestellt werden, dass die elektrische Last erst dann auf den Stromabnehmer geschaltet wird, wenn alle Stromabnehmer mit dem Leiter elektrisch verbunden sind. Insbesondere bei einem vorstehend beschriebenen Anlegen der Ladespannung bereits während des Einfahrens des Schienenfahrzeugs in den Bereich, in dem der Leiter angeordnet ist, könnten ansonsten nach einem elektrischen Verbinden eines ersten Stromabnehmers mit dem Leiter die vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Schritte durchlaufen werden und in dem Anlegen der Ladespannung durch die streckenseitige Ladevorrichtung resultieren. Ein sich erst anschließend mit dem Leiter elektrisch verbindender Stromabnehmer, beispielsweise eines nachfolgenden Wagens oder gekuppelten Triebzugs, würde in diesem Fall direkt auf das Potenzial der Ladespannung treffen und einen möglichen Überschlag verursachen.
  • Gemäß einer weiteren Weiterbildung des Verfahrens werden der streckenseitigen Ladevorrichtung von der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung Informationen bezüglich einer Identifikation des Schienenfahrzeugs, einer Anzahl für den Ladevorgang verwendeter Stromabnehmer und/oder eine elektrische Verbindung des oder der Stromabnehmer mit dem Leiter signalisiert.
  • Insbesondere wenn das Schienenfahrzeug mehrere Stromabnehmer aufweist, ermöglicht eine Signalisierung einerseits der Anzahl der für einen Ladevorgang zu verbindenden Stromabnehmer, andererseits des Status der jeweiligen Verbindung der Stromabnehmer mit dem Leiter, dass die Ladespannung seitens der streckenseitigen Ladevorrichtung erst angelegt wird, wenn alle für den Ladevorgang vorgesehenen Stromabnehmer mit dem Leiter verbunden sind. Die Anzahl Stromabnehmer kann alternativ auch implizit über eine Identifikationsinformation des Schienenfahrzeugs, insbesondere einer eindeutigen Identifikationsnummer des Schienenfahrzeugs und/oder des Schienenfahrzeugtyps, der streckenseitigen Ladevorrichtung signalisiert werden, wenn in dieser beispielsweise eine Datenbank mit weitergehenden Informationen zu einem jeweiligen Schienenfahrzeug bzw. Schienenfahrzeugtyps vorgehalten wird.
  • Sofern das Schienenfahrzeug über mehrere fahrzeugseitige Ladevorrichtungen verfügt, beispielsweise bei einer vorstehend genannten Mehrfachtraktion, erfolgt die Signalisierung beispielsweise durch eine der Ladevorrichtungen, vorzugsweise von der Ladevorrichtung, deren Stromabnehmer sich zuerst mit dem Leiter elektrisch verbindet. Hierdurch wird vorteilhaft sichergestellt, dass die Information über die Anzahl Stromabnehmer und gegebenenfalls deren jeweiliger Status der streckenseitigen Ladevorrichtung frühestmöglich zur Verfügung steht und damit die Gefahr, dass diese bereits eine Ladespannung an den Leiter anlegt, bevor alle für den Ladevorgang vorgesehenen Stromabnehmer mit dem Leiter verbunden sind, verringert wird. Der jeweilige Status der Stromabnehmer kann alternativ auch von den jeweiligen fahrzeugseitigen Ladevorrichtungen signalisiert werden oder, wenn auf jeden der Stromabnehmer eine elektrische Last geschaltet wird, anhand des fließenden Stroms von der streckenseitigen Ladevorrichtung erkannt werden.
  • Auch der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung können von der streckenseitigen Ladevorrichtung Informationen signalisiert werden, beispielsweise bezüglich einer Identifikation der streckenseitigen Ladevorrichtung und/oder einer Länge des Leiters, wobei letztere Information wiederum bereits implizit der Identifikationsinformation zugeordnet sein kann, wenn in der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung eine Datenbank mit weitergehenden Informationen zu den streckenseitigen Ladevorrichtungen vorgehalten wird. Die Kenntnis der Länge des Leiters kann dabei insbesondere dazu dienen, bei Nutzung des Ladestroms für den Anfahrvorgang rechtzeitig vor Erreichen des Endes des Leiters den Ladestrom zu verringern oder den Laderegler von dem Stromabnehmer zu trennen, um ein Anlegen der Kleinspannung an dem Leiter durch die streckenseitige Ladevorrichtung zu bewirken, bevor die Verbindung insbesondere des in Fahrtrichtung ersten Stromabnehmers von dem Leiter getrennt wird.
  • Gemäß einer auf der vorstehenden Weiterbildung basierenden Ausgestaltung werden die Informationen leitungsbasiert über den Leiter signalisiert.
  • Vorteilhaft wird hierdurch der elektrischen Verbindung der streckenseitigen Ladevorrichtung mit der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung dienende Leiter auch als Medium für eine Übertragung insbesondere der in der vorstehenden Weiterbildung genannten Informationen verwendet, sodass keine Übertragung dieser Information über beispielsweise eine gesonderte Funkschnittstelle erforderlich ist. Die Signalisierung über den Leiter kann gemäß leitungsbasierten Kommunikationsprotokollen, insbesondere bekannten Protokollen für eine so genannte Powerline Communication, erfolgen. Derartige Protokolle ermöglichen auch getrennte Signalisierung durch mehrere fahrzeugseitige Ladevorrichtungen, wobei eine Signaltrennung beispielsweise über eine Zeit- und/oder Frequenzmodulation erfolgen kann.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Anordnung zum Steuern eines Vorgangs zum Laden zumindest eines Energiespeichers eines Schienenfahrzeugs, wobei der Energiespeicher einer Versorgung eines Antriebs des Schienenfahrzeugs mit elektrischer Energie dient, vorgeschlagen. Dabei weist die Anordnung eine streckenseitigen Ladevorrichtung, welche mit einem in einem begrenzten Bereich eines Streckenabschnitts eines Schienennetzes angeordneten elektrischen Leiter verbunden ist, und eine fahrzeugseitigen Ladevorrichtung, welche mit dem Energiespeicher und zumindest einem Stromabnehmer zum Verbinden mit dem elektrischen Leiter verbunden ist, auf. Zum Steuern eines Beginnens des Ladevorgangs sind eine Steuereinrichtung der streckenseitigen Ladevorrichtung ausgestaltet, alternativ eine Ladespannung oder eine Kleinspannung an den elektrischen Leiter zu legen, eine Steuereinrichtung der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung ausgestaltet, das Anliegen einer Kleinspannung an dem Leiter zu erkennen und eine elektrische Last auf den Stromabnehmer zu schalten, wobei die Steuereinrichtung der streckenseitigen Ladevorrichtung ferner dazu ausgestaltet ist, ein Fließen eines Laststroms in dem Leiter zu erkennen, das Anlegen der Kleinspannung zu beenden und die Ladespannung an den elektrischen Leiter zu legen, und die Steuereinrichtung der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung ferner dazu ausgestaltet ist, das Anliegen der Ladespannung an dem Leiter zu erkennen, die elektrische Last von dem Stromabnehmer zu trennen und einen mit dem Energiespeicher elektrisch verbundenen Laderegler mit dem Stromabnehmer elektrisch zu verbinden.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Anordnung sind zum Steuern eines Beendens des Ladevorgangs die fahrzeugseitige Ladevorrichtung ferner dazu ausgestaltet, den Fluss des Ladestroms mittels des Ladereglers unter einen vorgegebenen Schwellwert zu verringern oder die elektrische Verbindung des Ladereglers mit dem Stromabnehmer zu trennen, und die streckenseitige Ladevorrichtung ferner dazu ausgestaltet, zu erkennen, dass ein Ladestrom unterhalb des Schwellwertes oder kein Ladestrom mehr in dem Leiter fließt, und wieder die Kleinspannung an den Leiter anzulegen. Wiederum kann, sofern erforderlich, die fahrzeugseitige Ladevorrichtungnach Erkennen des Anliegens der Kleinspannung an dem Leiter ergänzend eine Trennung der elektrischen Verbindung des Stromabnehmers mit dem Leiter steuern.
  • Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Anordnung ist die fahrzeugseitige Ladevorrichtung ferner dazu ausgestaltet, den Stromabnehmer bei einem Einfahren des Schienenfahrzeugs in den Bereich des Streckenabschnitts mit dem Leiter elektrisch zu verbinden, und/oder die elektrische Verbindung des Stromabnehmers mit dem Leiter bei einem Ausfahren des Schienenfahrzeugs aus dem Bereich des Streckenabschnitts zu trennen.
  • Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Anordnung ist zum Steuern des Beginnens des Ladevorgangs, sofern das Schienenfahrzeug eine Mehrzahl Stromabnehmer aufweist, die streckenseitige Ladevorrichtung ferner dazu ausgestaltet ist, das Anlegen der Kleinspannung erst zu beenden, wenn alle für den Ladevorgang verwendeten Stromabnehmer mit dem Leiter verbunden sind, oder die fahrzeugseitige Ladevorrichtung dazu ausgestaltet, die elektrische Last auf zumindest einen der Stromabnehmer erst zu schalten, wenn alle für den Ladevorgang verwendeten Stromabnehmer mit dem Leiter verbunden sind.
  • Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Anordnung ist die fahrzeugseitige Ladevorrichtung ferner dazu ausgestaltet, Informationen bezüglich einer Identifikation des Schienenfahrzeugs, einer Anzahl für den Ladevorgang verwendeter Stromabnehmer und/oder eine elektrische Verbindung des oder der Stromabnehmer mit dem Leiter zu der streckenseitigen Ladevorrichtung zu signalisieren.
  • Gemäß einer auf der vorstehenden Weiterbildung basierenden Ausgestaltung der Anordnung sind die fahrzeugseitige Ladevorrichtung und die streckenseitige Ladevorrichtung jeweils dazu ausgestaltet, die Informationen über den Leiter zu signalisiert bzw. zu empfangen.
  • Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung in einem Schienenfahrzeug, welche mit zumindest einem Energiespeicher zur Versorgung eines Antriebs des Schienenfahrzeugs verbunden ist und über einen Stromabnehmer mit einem in einem begrenzten Bereich eines Streckenabschnitts eines Schienennetzes angeordneten elektrischen Leiter verbindbar ist. Die fahrzeugseitige Ladevorrichtung weist eine Steuereinrichtung zum Steuern eines Beginnens eines Ladevorgangs zum Laden des Energiespeichers auf, wobei die Steuereinrichtung ausgestaltet ist, ein Anliegen einer Kleinspannung an dem Leiter zu erkennen, nach Erkennen des Anliegens der Kleinspannung eine elektrische Last auf den Stromabnehmer zu schalten, das Anliegen einer Ladespannung an dem Leiter zu erkennen und nach Erkennen der Ladespannung die elektrische Last von dem Stromabnehmer zu trennen und einen mit dem Energiespeicher elektrisch verbundenen Laderegler mit dem Stromabnehmer elektrisch zu verbinden.
  • Gemäß einer Weiterbildung der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung ist die Steuereinrichtung ferner zum Steuern eines Beendens des Ladevorgangs ausgestaltet, den Fluss des Ladestroms mittels des Ladereglers unterhalb eines vorgegebenen Schwellwertes zu verringern die elektrische Verbindung des Ladereglers mit dem Stromabnehmer zu trennen und nach Erkennen, dass wieder eine Kleinspannung an dem Leiter anliegt, die elektrische Verbindung des Stromabnehmers mit dem Leiter zu trennen.
  • Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung weist ein Schienenfahrzeug zumindest einen elektrischen Antrieb, einen Energiespeicher zur Versorgung des Antriebs mit elektrischer Energie, einen Stromabnehmer zur Verbindung mit einem streckenseitig angeordneten elektrischen Leiter und eine fahrzeugseitige Ladevorrichtung gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung auf.
  • Ein solches Schienenfahrzeug kann insbesondere als ein Triebzug, eine Lokomotive, eine Straßenbahn, eine Untergrundbahn oder ein sonstiges bekanntes Schienenfahrzeug für den Nah- und Fernverkehr ausgestaltet sein.
  • Ein fünfter Aspekt der Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung an einem Schienennetz, welche mit einem in einem begrenzten Bereich eines Streckenabschnitts des Schienennetzes angeordneten elektrischen Leiter verbunden ist und während eines Ladevorgangs eine Ladespannung und ansonsten eine Kleinspannung an den Leiter anlegt. Die streckenseitige Ladevorrichtung weist eine Steuereinrichtung zum Steuern eines Beginnens des Ladevorgangs zum Laden zumindest eines Energiespeichers eines Schienenfahrzeugs über den Leiter auf, wobei die Steuereinrichtung ausgestaltet ist, ein Fließen eines Laststroms in dem Leiter zu erkennen und nach Erkennen des Fließens des Laststroms das Anlegen der Kleinspannung zu beenden und die Ladespannung an den Leiter anzulegen.
  • Gemäß einer Weiterbildung der streckenseitigen Ladevorrichtung ist die Steuereinrichtung ferner zum Steuern eines Beendens des Ladevorgangs ausgestaltet, nach Erkennen, dass ein Laststrom unterhalb eines vorgegebenen Schwellwertes oder kein Ladestrom mehr in dem Leiter fließt, wieder die Kleinspannung an den Leiter anzulegen.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen:
    • FIG 1
    eine schematische Seitenansicht eines Schienenfahrzeugs,
    FIG 2
    eine schematische Darstellung für einen Ladevorgang erforderlicher fahrzeug- und streckenseitiger Komponenten,
    FIG 3
    einen Streckenabschnitt eines Schienennetzes mit zwei Haltestellen und einer jeweiligen streckenseitigen Ladevorrichtung,
    FIG 4
    eine Abfolge eines Ladevorgangs für ein Schienenfahrzeug mit einem Stromabnehmer, und
    FIG 5
    eine Abfolge eines Ladevorgangs für ein Schienenfahrzeug mit zwei Stromabnehmern.
  • Aus Gründen der Übersichtlichkeit werden in den Figuren für gleiche bzw. gleich oder nahezu gleich wirkende Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet.
  • FIG 1 stellt schematisch ein Schienenfahrzeug dar, welches beispielhaft als ein Triebzug TZ ausgestaltet ist. Triebzüge bestehen üblicherweise aus zwei Endwagen EW sowie einem oder mehreren zwischen diesen angeordneten Mittelwagen MW. Sowohl Endwagen EW als auch Mittelwagen MW weisen jeweils einen Wagenkasten WK auf, der sich über Fahrgestelle, insbesondere Drehgestelle, auf einem Gleis GL eines Schienennetzes abstützt. In der FIG 1 verfügt der Endwagen EW beispielhaft über zwei Triebdrehgestelle TDG, während der Mittelwagen über zwei Laufdrehgestelle LDG verfügt. Triebdrehgestelle TDG unterscheiden sich von Laufdrehgestellen LDG insbesondere dadurch, dass eine oder mehrere Achsen des Drehgestells von elektrischen Antriebs- bzw. Traktionsmotoren angetrieben werden und damit für einen Vortrieb des Schienenfahrzeugs sorgen. Andere bekannte Anordnungen oder Ausgestaltungen der Fahrgestelle sind in gleicher Weise einsetzbar.
  • Der beispielhafte Endwagen EW des Triebzugs TZ verfügt neben den genannten Triebdrehgestellen TDG samt Traktionsmotoren über weitere Komponenten für den Antrieb des Fahrzeugs. Zu diesen Komponenten gehört ein Stromrichter SR mit einem von einem Gleichspannungs-Zwischenkreis ZK gespeisten Traktionswechselrichter WR, welcher die jeweiligen Drehzahlen und Drehmomente der Traktionsmotoren in den Triebdrehgestellen TDG steuert. Der Gleichspannungs-Zwischenkreis ZK wird in dem Beispiel der FIG 1 wiederum über einen Gleichspannungswandler GW aus einem elektrischen Energiespeicher, insbesondere einer so genannten Traktionsbatterie TB, mit elektrischer Energie gespeist. Der Gleichspannungswandler GW ist dabei beispielsweise als ein so genannter Hochsetzsteller ausgeführt, der die Ausgangsspannung der Traktionsbatterie TB auf eine üblicherweise höhere Gleichspannung des Zwischenkreises ZK transferiert. Aus dem Zwischenkreis ZK können neben dem Traktionswechselrichter WR auch in der FIG 1 nicht dargestellte Hilfsbetriebe des Triebzugs TZ, beispielsweise Klimaanlagen für eine Klimatisierung der Fahrgasträume in den Wagenkästen WK der Wagen, gespeist werden, wobei diese abhängig von einer jeweiligen Betriebsspannung ebenfalls über einen Gleichspannungswandler oder Hilfsbetriebewechselrichter mit dem Zwischenkreis ZK verbunden sein können.
  • Die Steuerung der genannten Komponenten des Antriebs sowie weiterer Komponenten des Triebzugs erfolgt beispielsweise in bekannter Weise über eine zentrale Antriebssteuerung AST.
  • FIG 2 zeigt beispielhaft weitere Komponenten in dem Triebzug TZ der FIG 1 sowie streckenseitige Komponenten, die dem Laden der Traktionsbatterie TB dienen. Eine streckenseitige Ladevorrichtung SLV ist mit einer ebenfalls streckenseitigen Energiequelle EQ, von der sie mit elektrischer Energie insbesondere für den Ladevorgang versorgt wird, sowie mit einem Leiter LT verbunden. Der Leiter LT ist beispielsweise als eine bekannte Stromschiene ausgestaltet und im Bereich des Gleisbetts angeordnet. In der FIG 2 ist der Leiter beispielhaft mittig und gegenüber dem Gleis erhöht angeordnet, eine andere Anordnung des Leiters, insbesondere seitlich des Gleises, ist jedoch in gleicher Weise möglich. Eine fahrzeugseitige Ladevorrichtung FLV ist mit der Traktionsbatterie TB sowie einem Stromabnehmer SA verbunden, mittels dem die fahrzeugseitige Ladevorrichtung FLV mit dem Leiter LT elektrisch verbunden werden kann. Der Stromabnehmer SA ist derart an dem Endwagen angeordnet, dass ein mechanischer Kontakt beispielsweise eines Schleifschuhs mit dem Leiter LT verlässlich hergestellt werden kann. Dabei kann die Höhe des Stromabnehmers SA, sofern erforderlich, beispielsweise mittels eines bekannten, in der FIG 2 jedoch nicht speziell dargestellten, Aktuators variiert werden.
  • Sowohl die streckenseitige SLV als auch die fahrzeugseitige Ladevorrichtung FLV weisen eine jeweilige Steuereinrichtung ST auf, welche die einzelnen nachfolgend beschriebenen Komponenten steuern. Dabei kann die Steuereinrichtung ST der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung FLV auch als Teil der bezüglich FIG 1 genannten Antriebssteuerung AST verwirklicht sein. Derartige Steuereinrichtungen sind in bekannter Weise als elektronische Schaltungen mit einem oder mehreren Prozessoren sowie zumindest einem Datenspeicher zum Speichern von Steuerungssoftware sowie für die Steuerung benötigter Informationen verwirklicht.
  • Außerhalb eines Ladevorgangs wird von einer Kleinspannungseinrichtung KS der streckenseitigen Ladevorrichtung SLV eine Kleinspannung bzw. eine Schutzkleinspannung an dem Leiter LT angelegt. Die Kleinspannungseinrichtung KS kann beispielsweise von der Energiequelle EQ gespeist werden, alternativ aber auch als eine Batterie mit einem nachgeschalteten Spannungswandler verwirklicht sein, wobei diese wiederum mit elektrischer Energie der Energiequelle EQ ladbar ist. Die von der Kleinspannungseinrichtung KS generierte Kleinspannung kann eine Gleich- oder Wechselspannung sein und beispielsweise eine konstante Spannung in einem Spannungsbereich zwischen 25V und 60V entsprechend den Vorgaben für Schutzkleinspannungen aufweisen. Gegebenenfalls muss die Kleinspannung nicht dauerhaft an dem Leiter LT anliegen, sondern wird erst angelegt, wenn sich der Triebzug TZ dem Bereich, in dem der Leiter LT angeordnet ist, nähert. Dies kann in bekannter Weise durch Ermittlung einer aktuellen Position des Triebzugs, beispielsweise bei Überfahren eines geeigneten Sensors im Gleisbett, welcher in einem bestimmten Abstand zu dem Bereich angeordnet ist, festgestellt werden.
  • Sobald der Stromabnehmer SA des Triebzugs TZ, beispielsweise bei einem Einfahren in den Bereich und gegebenenfalls gesteuert durch die Steuereinrichtung ST, eine elektrische Verbindung mit dem Leiter LT hergestellt hat, wird mittels eines Spannungssensors SS in der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung das Anliegen der Kleinspannung erkannt. Nach Erkennen der Kleinspannung wird von der Steuereinrichtung ST gesteuert eine elektrische Last L auf den Stromabnehmer SA geschaltet. Dies kann beispielsweise mittels eines entsprechenden Schaltens eines Umschalters U der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung FLV erfolgen. Die aufgeschaltete Last L, beispielsweise ein Widerstand mit einem bestimmten Widerstandswert sowie einem vorgeschalteten Leistungshalbleiter, führt zu einem geregelten Stromfluss in dem Leiter LT. Dieser Stromfluss wird mittels eines Stromsensors SS in der streckenseitigen Ladevorrichtung SLV erkannt, woraufhin von der Steuereinrichtung ST der streckenseitigen Ladevorrichtung SLV gesteuert das Anlegen der Kleinspannung durch die Kleinspannungseinrichtung KS beendet wird. Das Beenden bzw. ein Trennen der Kleinspannungseinrichtung KS von dem Leiter LT kann dabei beispielsweise mittels eines von der Steuereinrichtung ST gesteuerten Schaltens eines Umschalters U der streckenseitigen Ladevorrichtung SLV erfolgen.
  • Anschließend wird, wiederum von der Steuereinrichtung ST gesteuert, eine von einer Ladespannungseinrichtung LS bereitgestellte Ladespannung an dem Leiter LT angelegt. Dies kann in gleicher Weise mittels eines Schaltens des Umschalters U erfolgen, welcher eine elektrische Verbindung zwischen der Ladespannungseinrichtung LS und dem Leiter LT herstellt. Die Ladespannungseinrichtung LS generiert, beispielsweise gesteuert durch die Steuereinrichtung ST, die Ladespannung aus der von der Energiequelle EQ bereitgestellten Speisespannung. Abhängig von der bereitgestellten Speisespannung und der gewünschten Ladespannung ist die Ladespannungseinrichtung LS entsprechend zu wählen bzw. anzusteuern. Sind sowohl Speisespannung als auch Ladespannung Wechselspannungen, so kann als Ladespannungseinrichtung LS beispielsweise ein Wechselspannungswandler eingesetzt werden, welcher die Speisespannung auf das gewünschte Spannungsniveau der Ladespannung wandelt. Wird als Ladespannung hingegen eine Gleichspannung verwendet, so kann als Ladespannungseinrichtung LS beispielsweise ein Gleichrichter eingesetzt werden, der sowohl eine Wandlung von Wechsel- in Gleichspannung durchführt, als auch das gewünschte Spannungsniveau der Ladespannung bereitstellt.
  • Das Anliegen der Ladespannung an dem Leiter LT wird von der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung FLV mittels des Spannungssensors SS erkannt, woraufhin die elektrische Last L von dem Stromabnehmer SA getrennt und ein Laderegler LR mit dem Stromabnehmer SA verbunden wird. Dies kann, wiederum von der Steuereinrichtung ST gesteuert, mittels eines entsprechenden Schaltens des Umschalters U erfolgen. Der Laderegler LR regelt, insbesondere von der Steuereinrichtung ST gesteuert, abhängig von einem aktuellen Ladezustand sowie gegebenenfalls weiteren den Ladevorgang beeinflussenden Parametern der Traktionsbatterie TB, die Batterieladespannung und den Ladestrom.
  • In dem Beispiel der FIG 2 ist der Laderegler LR als Teil der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung FLV direkt mit der Traktionsbatterie TB verbunden. Dabei kann dieser die gleichen elektrischen Anschlüsse der Traktionsbatterie TB verwenden, die auch der elektrischen Verbindung mit dem Gleichspannungswandler GW entsprechend dem Beispiel der FIG 1 dienen. Alternative Ausgestaltungen des Ladereglers LR sowie dessen Anordnung bezüglich anderer Komponenten des Stromrichters SR sind jedoch ebenso möglich. Sofern die Ladespannung eine Gleichspannung ist und dem Spannungsniveau des Gleichspannungs-Zwischenkreises ZK entspricht, kann die Ladespannung auch an den Zwischenkreis ZK angelegt werden und der Gleichspannungswandler GW die Funktion des Ladereglers LR ausführen. Sofern die Ladespannung nicht das Spannungsniveau des Zwischenkreises ZK aufweist oder eine Wechselspannung ist, kann die Ladespannung beispielsweise mittels eines zusätzlichen Gleichspannungswandler bzw. Gleichrichters auf das Spannungsniveau des Zwischenkreises gewandelt werden und der Gleichspannungswandler GW ebenfalls die Funktion des Ladereglers LR ausführen.
  • Wenn von dem Laderegler LR bzw. von der Steuereinrichtung ST feststellt wird, dass die Traktionsbatterie TB ausreichend geladen wurde oder eine zum Laden zur Verfügung stehende Zeitspanne abgelaufen ist, wird der Laderegler LR von dem Stromabnehmer SA getrennt, sodass kein Ladestrom mehr in den Laderegler LR bzw. in den Zwischenkreis ZK fließt. Diese Trennung kann wiederum von der Steuereinrichtung ST gesteuert mittels eines entsprechenden Schaltens des Umschalters U erfolgen. Dass kein Ladestrom mehr fließt, wird von der streckenseitigen Ladevorrichtung SLV mittels des Stromsensors SS erkannt, woraufhin von der Steuereinrichtung ST der streckenseitigen Ladevorrichtung SLV gesteuert das Anlegen der Ladespannung beendet und wieder die Kleinspannung der Kleinspannungseinrichtung KS an den Leiter angelegt wird. Das Beenden des Anlegens der Ladespannung erfolgt beispielsweise mittels einer Trennung der Ladespannungseinrichtung LS von dem Leiter LT und das Wiederanlegen der Kleinspannung mittels eines Verbindens der Kleinspannungseinrichtung KS mit dem Leiter LT. Dieses Trennen und Verbinden kann, wiederum gesteuert durch die Steuereinrichtung ST, mittels eines entsprechendes Schaltens des Umschalters U in der streckenseitigen Ladevorrichtung SLV erfolgen.
  • Das Wiederanliegen der Kleinspannung an dem Leiter LT wird von der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung FLV mittels des Spannungssensors SS erkannt. Der Steuereinrichtung ST ist hierdurch bekannt, dass eine Trennung des Stromabnehmers SA von dem Leiter LT gefahrlos möglich ist und steuert, sofern vorhanden, beispielsweise einen Aktuator des Stromabnehmers SA an, der den Stromabnehmer SA mechanisch von dem Leiter LT ablöst und einen ausreichenden Abstand herstellt. Sofern der Stromabnehmer SA automatisch einen Kontakt mit dem Leiter LT herstellt und wieder trennt, insbesondere bei einem Ein- und Ausfahren in den bzw. aus dem Bereich eines Strecken- bzw. Gleisabschnitts, in dem der Leiter LT angeordnet ist, stellt die Steuereinrichtung ST hierdurch auch sicher, dass kein Überschlag aufgrund eines noch anliegenden Spannungspotenzials der Ladespannung auftreten kann.
  • Der Triebzug TZ kann alternativ zu dem vorstehend beschriebenen Beispiel auch mehrere Stromabnehmer SA aufweisen. Dies kann beispielsweise bei einer Mehrfachtraktion mit jeweiligen Antriebskomponenten und einer jeweiligen Traktionsbatterie TB in jedem der beiden Endwagen der Fall sein. Vorzugsweise verfügen die fahrzeug- und streckenseitigen Ladevorrichtungen FLV, SLV über eine jeweilige Kommunikationseinrichtung KOM. Mittels dieser Einrichtungen können beispielsweise Informationen, die eine Identifikation des Triebzugs bzw. des Triebzugtyps ermöglichen, von der Kommunikationseinrichtung KOM der fahrzeugseitigen Ladevorrichtungen FLV zu der Kommunikationseinrichtung KOM der streckenseitigen Ladevorrichtung SLV signalisiert werden. Die Übertragung der Informationen erfolgt dabei beispielsweise über den Leiter LT unter Verwendung bekannter Kommunikationsprotokolle, insbesondere Protokolle einer so genannten Powerline Communication. Aus der signalisierten Identität des Triebzugs bzw. des Triebzugtyps kann die Steuereinrichtung ST der streckenseitigen Ladevorrichtung SLV beispielsweise eine Anzahl Stromabnehmer SA des Triebzugs TZ ableiten, wenn diese der Identität des Triebzugs bzw. des Triebzugtyps eindeutig zugeordnet und in einer Speichereinrichtung der Steuereinrichtung ST hinterlegt ist. Eine Kenntnis der Anzahl Stromabnehmer SA ist für die Steuereinrichtung ST insbesondere von Bedeutung, um ein Anlegen der Ladespannung an dem Leiter LT erst anzusteuern, wenn alle Stromabnehmer SA mit diesem elektrisch verbunden sind.
  • Ergänzend zu einer direkten oder indirekten Signalisierung der Anzahl Stromabnehmer SA des Triebzugs TZ kann auch die Anzahl der für den beginnenden Ladevorgang verwendeten Stromabnehmer signalisiert wird, insbesondere wenn diese nicht der Gesamtzahl Stromabnehmer SA des Triebzugs TZ entspricht. Dieser Fall kann beispielsweise auftreten, wenn nur eine von zwei Traktionsbatterien TB geladen werden sollen, sodass auch nur deren Stromabnehmer SA mit dem Leiter LT elektrisch verbunden wird. Auch ist eine Signalisierung des Status der elektrischen Verbindung des jeweiligen Stromabnehmers SA mit dem Leiter LT sinnvoll, damit der Steuereinrichtung ST in der streckenseitigen Ladevorrichtung SLV zu einem frühestmöglichen Zeitpunkt bekannt ist, dass alle verwendeten Stromabnehmer SA mit dem Leiter LT elektrisch verbunden sind, um daraufhin die Ladespannung an dem Leiter LT anzulegen.
  • Alternativ zu der vorstehend beschriebenen Übertragung von Informationen über den Leiter LT kann eine Kommunikation zwischen den Ladevorrichtungen FLV, SLV bzw. deren Steuereinrichtungen ST auch funkbasiert erfolgen. Hierfür müssen die Steuereinrichtungen ST in den Ladevorrichtungen FLV, SLV über eine entsprechende Funkschnittstelle verfügen oder mit einer solchen verbunden sein. Mögliche Kommunikationsprotokolle für eine solche funkbasierte Kommunikation sind beispielsweise Protokolle basierend auf den bekannten IEEE 802.11 oder GSM-R -Standards.
  • FIG 3 stellt beispielhaft einen Streckenabschnitt eines Schienennetzes dar, in dem jeweils im Bereich einer Haltestelle HS eine streckenseitige Ladevorrichtung SLV sowie ein Leiter LT angeordnet sind. Die Haltestellen HS dienen in bekannter Weise dem Ein- und Ausstieg von Fahrgästen in bzw. aus dem beispielhaft dargestellten Triebzug TZ. Entsprechend der vorstehenden Beschreibung ist der Leiter LT im Bereich des Gleisbettes der Gleise GL angeordnet. Ferner reicht der Leiter LT beispielshaft beidseitig über die Länge der Haltestelle HS, insbesondere über die Länge des Bahnsteigs der Haltestelle hinaus, um einerseits den für die Ladung der Traktionsbatterie des Triebzugs TZ nutzbaren Zeitraum zu verlängern, andererseits die Energiezufuhr durch den Leiter auch für den Anfahrvorgang des Triebzugs TZ nutzen zu können. Während des Aufenthalts an der Haltestelle HS wird der Traktionsbatterie des Triebzugs TZ zumindest soviel elektrische Energie über den Leiter LT zugeführt, dass für eine anschließende Fahrt des Triebzugs TZ in Fahrtrichtung FR zu einer nächsten Haltestelle HS, an der die Traktionsbatterie wiederum geladen werden kann, ausreichend elektrische Energie für den Antrieb sowie gegebenenfalls die Hilfsbetriebe des Triebzugs zur Verfügung steht.
  • FIG 4 zeigt beispielhaft eine zeitliche Abfolge des Ladevorgangs eines Triebzugs TZ im Bereich einer Haltestelle HS. Wie in dem Beispiel der FIG 3 besteht der Triebzug TZ beispielhaft aus zwei Endwagen, wobei lediglich der in Fahrtrichtung FR erste Endwagen einen Antrieb sowie einen Stromabnehmer aufweist. Der Stromabnehmer ist derart an dem ersten Endwagen angeordnet, dass sein Schleifschuh automatisch einen mechanischen Kontakt mit dem Leiter LT herstellt und damit die fahrzeugseitige Ladevorrichtung elektrisch mit dem Leiter LT und der streckenseitigen Ladevorrichtung SLV verbindet. In der oberen ersten Darstellung fährt der Triebzug TZ in den Bereich der Haltestelle HS ein und der Stromabnehmer des vorderen Endwagens stellt einen Kontakt mit dem Leiter LT her. Entsprechend der vorstehenden Beschreibung läuft das Verfahren ab und ein Ladestrom wird von der streckenseitigen Ladevorrichtung an dem Leiter LT angelegt. Sofern dieser Prozess hinreichend schnell abläuft, kann bereits während des Einfahrens und bis zum Halt des Triebzugs TZ in der Haltestelle dessen Traktionsbatterie mittels des Ladestroms geladen werden. Die zweite Darstellung der FIG 4 zeigt die Situation eines Halts des Triebzugs in der Haltestelle, beispielsweise um Fahrgästen das Ein- und Aussteigen zu ermöglichen. Während des Halts wird die Traktionsbatterie des Triebzugs weiterhin über den Leiter von der streckenseitigen Ladevorrichtung geladen. In der dritten Darstellung der FIG 4 fährt der Triebzug wieder an und verlässt beschleunigend den Bereich der Haltestelle. Der Ladestrom liegt weiterhin an dem Leiter an und wird für den Antrieb des Triebzugs verwendet. Rechtzeitig vor Erreichen des Endes des Leiters muss entsprechend der vorstehenden Beschreibung das Anliegen des Ladestroms beendet werden, um einen möglichen Überschlag in dem Moment, wenn der mechanische Kontakt zwischen dem Leiter und dem Schleifschuh des Stromabnehmers getrennt wird, zu vermeiden. Mit dem Wiederanlegen der Kleinspannung an den Leiter durch die streckenseitige Ladevorrichtung wird der Ladevorgang an der Haltestelle beendet. In der unteren vierten Darstellung der FIG 4 ist der Stromabnehmer von dem Leiter getrennt und die weitere Beschleunigung und Fahrt des Triebzugs erfolgt durch Speisung des Antriebs durch die Traktionsbatterie, bis diese an einer nächsten Haltestelle wiederum geladen werden kann.
  • FIG 5 zeigt eine andere zeitliche Abfolge eines Ladevorgangs. wobei der Triebzug TZ in diesem Fall beispielhaft aus zwei Endwagen sowie zwischen diesen angeordneten zwei Mittelwagen besteht. Die beiden Endwagen weisen jeweils einen Antrieb mit einer Traktionsbatterie sowie einem Stromabnehmer auf. In gleicher Weise könnten beispielsweise auch zwei der in FIG 4 dargestellten Triebzüge zu einer Zugeinheit gekoppelt sein. In dem Beispiel der FIG 5 stellen die Stromabnehmer der Endwagen keinen automatischen mechanischen und damit elektrischen Kontakt mit dem Leiter her, sondern werden in dem Bereich der Strecke, in dem der Leiter angeordnet ist, beispielsweise gesteuert durch die fahrzeugseitige Ladevorrichtung oder manuell durch den Fahrzeugführer, mit dem Leiter in Kontakt gebracht. Informationen über diesen Bereich, insbesondere den Beginn und das Ende des Leiters bzw. dessen Länge, wird dem Triebzug beispielsweise von einer streckenseitig angeordneten Bake signalisiert, deren Aussendungen ein entsprechend kompatibler Empfänger an dem Triebzug empfängt. Der Beginn des Leiters wird dem Triebzug beispielsweise durch Übertragen von genauen Ortskoordinaten oder eines Abstands von dem Ort der Bake signalisiert. In Kenntnis des Beginns des Leiters kann der Stromabnehmer bzw. eine den Stromabnehmer mechanisch bewegende Vorrichtung entsprechend angesteuert werden, sodass dieser einen mechanischen Kontakt mit dem Leiter, an dem eine Kleinspannung anliegt, herstellt, wie es in der oberen ersten Darstellung der FIG 5 gezeigt ist. Da in der Situation der ersten Darstellung jedoch lediglich der erste der beiden Stromabnehmer des Triebzugs TZ mit dem Leiter LT mechanisch und damit elektrisch verbunden ist, schaltet die fahrzeugseitige Ladevorrichtung in dem in Fahrtrichtung FR vorderen Endwagen noch keine elektrische Last auf den Stromabnehmer auf, sondern wartet, bis auch der zweite Stromabnehmer im hinteren Endwagen mit dem Leiter elektrisch verbunden wurde, wie es die zweite Darstellung der FIG 5 zeigt. Wie vorstehend beschrieben, führt das Aufschalten einer elektrischen Last zum Anlegen der Ladespannung an den Leiter durch die streckenseitige Ladevorrichtung SLV, sodass die Traktionsbatterien in den Endwagen geladen werden können.
  • Das Laden der Traktionsbatterien setzt sich während des Halts des Triebzugs an der Haltestelle, wie er in der dritten Darstellung der FIG 5 gezeigt ist, fort bzw. solange fort, bis die Traktionsbatterien wieder vollständig oder mit zumindest soviel elektrischer Energie gefüllt sind, dass eine Weiterfahrt des Triebzugs bis zur nächsten Möglichkeit eines Ladens möglich ist. In der vierten Darstellung der FIG 5 fährt der Triebzug wieder an und verlässt beschleunigend und unter Nutzung des Ladestroms für den Anfahrvorgang den Bereich der Haltestelle. In Kenntnis des Endes des Leiters werden die beiden Ladevorrichtungen in den Endwagen von ihrem jeweiligen Stromabnehmer getrennt, bevor der Stromabnehmer des vorderen Endwagens das Ende des Leiters erreicht. Dies führt wie beschrieben dazu, dass die streckenseitige Ladevorrichtung die Kleinspannung wieder an den Leiter anlegt und die Stromabnehmer von den fahrzeugseitigen Ladevorrichtungen von dem Leiter mechanisch und elektrisch getrennt werden können, ohne das die Gefahr eines Überschlags besteht. In der fünften Darstellung der FIG 5 haben der vordere Endwagen sowie der erste Mittelwagen bereits der Bereich des Leiters verlassen und der Stromabnehmer des hinteren Endwagens ist bereits mechanisch von dem Leiter getrennt. Die Antriebe der beiden Endwagen werden allein aus der jeweiligen Traktionsbatterie gespeist.
  • Wie aus dem Beispiel der FIG 5 erkennbar ist, kann die Zeit für das Ein- und Ausfahren aus dem Bereich der Haltestelle aufgrund der Stromabnehmer an den beiden Enden des Triebzugs weniger für das Laden der Traktionsbatterien sowie für das Anfahren genutzt werden als in dem Beispiel der FIG 4, da das Anlegen der Ladespannung wie beschrieben erst nach Kontaktierung des Leiters durch den in Fahrtrichtung hintersten Stromabnehmer und das Wiederanlegen der Kleinspannung bereits vor Trennung vom Leiter durch den vordersten Stromabnehmer erfolgen kann bzw. erfolgen muss. In dem Beispiel der FIG 5 könnte diese Zeit durch eine größere Länge des Leiters vor und hinter dem Bereich der Haltestelle verlängert werden. Für diese Bereiche ist dann allerdings sicherzustellen, dass diese während des Anliegens der Ladespannung vor einem möglichen Kontakt mit Personen geschützt sind. Alternativ könnte die Zeit auch durch eine andere Anordnung der Stromabnehmer an dem Triebzug verlängert werden, beispielsweise durch eine Anordnung der Stromabnehmer unter den Mittelwagen, wodurch der Abstand zwischen diesen verringert wird, oder durch Nutzung lediglich eines Stromabnehmers beispielsweise in dem vorderen Endwagen, welcher mit beiden Ladevorrichtungen in den Endwagen verbunden ist.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Steuern eines Vorgangs zum Laden zumindest eines Energiespeichers (TB) eines Schienenfahrzeugs (TZ), wobei der Energiespeicher (TB) einer Versorgung eines Antriebs des Schienenfahrzeugs mit elektrischer Energie dient und das Laden des Energiespeichers (TB) mittels eines in einem begrenzten Bereich eines Streckenabschnitts eines Schienennetzes angeordneten elektrischen Leiters (LT) erfolgt, gekennzeichnet dadurch, dass von einer streckenseitigen Ladevorrichtung (SLV) eine Ladespannung an den Leiter (LT) anlegbar ist und ansonsten eine Kleinspannung an den Leiter (LT) angelegt wird,
    bei dem
    für ein Beginnen des Ladevorgangs
    - zumindest ein mit der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung (FLV) verbundener Stromabnehmer (SA) mit dem elektrischen Leiter (LT) verbunden wird,
    - nach Erkennen durch die fahrzeugseitige Ladevorrichtung (FLV), dass die Kleinspannung an dem Leiter (LT) anliegt, eine elektrische Last (L) auf den Stromabnehmer (SA) geschaltet wird,
    - nach Erkennen durch die streckenseitigen Ladevorrichtung (SLV), dass ein Laststroms in dem Leiter (LT) fließt, das Anlegen der Kleinspannung beendet und die Ladespannung an den Leiter (LT) angelegt wird, und
    - nach Erkennen durch die fahrzeugseitige Ladevorrichtung (FLV), dass die Kleinspannung nicht mehr an dem Leiter (LT) anliegt, die elektrische Last (L) von dem Stromabnehmer (SA) getrennt wird, und
    - nach Erkennen durch die fahrzeugseitige Ladevorrichtung (FLV), dass die Ladespannung an dem Leiter (LT) anliegt, ein mit dem Energiespeicher (TB) elektrisch verbundener Laderegler (LR) der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung (FLV) mit dem Stromabnehmer (SA) elektrisch verbunden wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem
    für ein Beenden des Ladevorgangs:
    - der Fluss des Ladestroms mittels des Ladereglers (LR) unter einen vorgegebenen Schwellwert verringert oder die elektrische Verbindung des Ladereglers (LR) mit dem Stromabnehmer (SA) getrennt wird, und
    - nach Erkennen durch die streckenseitige Ladevorrichtung (SLV), dass ein Ladestrom unterhalb des Schwellwertes oder kein Ladestrom mehr in dem Leiter (LT) fließt, wieder die Kleinspannung an den Leiter (LT) angelegt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem
    - der Stromabnehmer (SA) bei einem Einfahren des Schienenfahrzeugs (TZ) in den Bereich des Streckenabschnitts mit dem Leiter (LT) elektrisch verbunden wird, und/oder
    - die elektrische Verbindung des Stromabnehmers (SA) mit dem Leiter (LT) bei einem Ausfahren des Schienenfahrzeugs (TZ) aus dem Bereich des Streckenabschnitts getrennt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem für das Beginnen des Ladevorgangs, sofern das Schienenfahrzeug (TZ) eine Mehrzahl Stromabnehmer (SA) aufweist, das Anlegen der Kleinspannung durch die streckenseitige Ladevorrichtung (SLV) erst beendet wird, wenn alle für den Ladevorgang verwendeten Stromabnehmer (SA) mit dem Leiter (LT) elektrisch verbunden sind.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem für das Beginnen des Ladevorgangs, sofern das Schienenfahrzeug (TZ) eine Mehrzahl Stromabnehmer (SA) aufweist, die fahrzeugseitige Ladevorrichtung (FLV) die elektrische Last (L) auf zumindest einen der Stromabnehmer (SA) erst schaltet, wenn alle für den Ladevorgang verwendeten Stromabnehmer (SA) mit dem Leiter (LT) verbunden sind.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der streckenseitigen Ladevorrichtung (SLV) von der fahrzeugseitigen Ladevorrichtung (FLV) Informationen bezüglich einer Identifikation des Schienenfahrzeugs (TZ), einer Anzahl für den Ladevorgang verwendeter Stromabnehmer (SA) und/oder eine elektrische Verbindung des oder der Stromabnehmer (SA) mit dem Leiter (LT) signalisiert werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem
    die Informationen leitungsbasiert über den Leiter (LT) signalisiert werden.
  8. Ladevorrichtung (FLV) in einem Schienenfahrzeug (TZ), welche mit zumindest einem Energiespeicher (TB) zur Versorgung eines Antriebs des Schienenfahrzeugs (TZ) verbunden ist und über einen Stromabnehmer (SA) mit einem in einem begrenzten Bereich eines Streckenabschnitts eines Schienennetzes angeordneten elektrischen Leiter (LT) verbindbar ist,
    gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (ST) zum Steuern eines Beginnens eines Ladevorgangs zum Laden des Energiespeichers (TB), wobei die Steuereinrichtung (ST) ausgestaltet ist, ein Anliegen einer Kleinspannung an dem Leiter (LT) zu erkennen, nach Erkennen des Anliegens der Kleinspannung eine elektrische Last (L) auf den Stromabnehmer (SA) zu schalten, das Anliegen einer Ladespannung an dem Leiter (LT) zu erkennen und nach Erkennen der Ladespannung die elektrische Last (L) von dem Stromabnehmer (SA) zu trennen und einen mit dem Energiespeicher (TB) elektrisch verbundenen Laderegler (LR) mit dem Stromabnehmer (SA) elektrisch zu verbinden.
  9. Ladevorrichtung nach Anspruch 8, wobei
    die Steuereinrichtung (ST) ferner zum Steuern eines Beendens des Ladevorgangs ausgestaltet ist, den Fluss des Ladestroms mittels des Ladereglers (LR) unterhalb eines vorgegebenen Schwellwertes zu verringern oder die elektrische Verbindung des Ladereglers (LR) mit dem Stromabnehmer (SA) zu trennen.
  10. Schienenfahrzeug (TZ), mit zumindest
    - einem elektrischen Antrieb,
    - einem Energiespeicher (TB) zur Versorgung des Antriebs mit elektrischer Energie, und
    - einem Stromabnehmer (SA) zur Verbindung mit einem streckenseitig angeordneten elektrischen Leiter (LT), gekennzeichnet durch
    - eine Ladevorrichtung (FLV) nach Anspruch 8 oder 9.
  11. Ladevorrichtung (SLV) an einem Schienennetz, welche mit einem in einem begrenzten Bereich eines Streckenabschnitts des Schienennetzes angeordneten elektrischen Leiter (LT) verbunden ist und während eines Ladevorgangs eine Ladespannung und ansonsten eine Kleinspannung an den Leiter (LT) anlegt,
    gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (ST) zum Steuern eines Beginnens des Ladevorgangs zum Laden zumindest eines Energiespeichers (TB) eines Schienenfahrzeugs (TZ) über den Leiter (LT), wobei die Steuereinrichtung (ST) ausgestaltet ist, ein Fließen eines Laststroms in dem Leiter (LT) zu erkennen und nach Erkennen des Fließens des Laststroms das Anlegen der Kleinspannung zu beenden und die Ladespannung an den Leiter (LT) anzulegen.
  12. Ladevorrichtung (SLV) nach Anspruch 11, wobei die Steuereinrichtung (ST) ferner zum Steuern eines Beendens des Ladevorgangs ausgestaltet ist, nach Erkennen, dass ein Ladestrom unterhalb eines vorgegebenen Schwellwertes oder kein Ladestrom mehr in dem Leiter (LT) fließt, wieder die Kleinspannung an den Leiter (LT) anzulegen.
  13. Ladesystem, umfassend
    - eine Ladevorrichtung (FLV) in einem Schienenfahrzeug (TZ) nach Anspruch 8 oder 9, und
    - eine Ladevorrichtung (SLV) an einem Schienennetz nach Anspruch 11 oder 12.
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